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随着岩石破碎工作量日益增多,进一步提高破岩效率具有重要的现实意义。目前,现有常见的破岩方法中,还大都存在材料消耗大、破岩效率低等问题,超声波具有方向性好、穿透力强、能量集中等优点,在国民经济各个领域得到了广泛的应用。本文将超声波引入到岩石破碎当中,通过理论分析与实验室试验等方式,探索超声波激励下岩石的破碎机理,以期为坚硬岩层的高效破碎提供参考。论文取得的主要成果有:(1)围绕超声波循环冲击破岩与超声波共振破岩等现象,集中讨论了超声波激励下岩石破碎机理,明确了超声波激励破岩的可行性与优越性,初步确定出频率、功率及激励时间为影响超声波激励破岩的关键影响因素。(2)设计开发出一套超声波激励岩石试验测试系统,并采用该系统测试并对比分析了不同功率、不同激励时间下岩石试件的破坏特征。结果表明:随超声波功率的不断提高,在对岩石试件施加一定的压力基础上,试件的破坏效果明显加强,超声波功率提高至3200 W左右时,标准砂岩试件迅速破坏。(3)探索了不同激励方式下岩石试件力学与强度变化特征,对比分析了超声波激励前后岩石微观结构变化特征。试验表明:(1)岩石试件强度随激励时间的提高而降低,且两者近似为线性关系;(2)在不同激励方式下,短时间内岩石试件强度均有降低,安装能量扩散器时,40 s左右,岩石试件强度下降10%左右;(3)由微观扫描得出,经超声波激励后,岩石试样内部晶核表面及侧面产生较多的裂隙,晶核也被裂隙切割成不同形状的四边形。(4)采用数值模拟的方法,系统分析了超声波频率、振幅等变化时,岩石应力、应变及剪切应力的响应特征。结果表明:(1)当频率改变时,岩石内部应力、应变、剪切应力将在某一频率时达到峰值,而在其他频率条件下,应力、应变、剪切应力变化情况较小;(2)当振幅改变时,随着振幅提高,岩石内部应力、应变、剪切应力也将不断提高,且与振幅近似为线性关系。