在隧道施工中,破碎岩石的主要方法有爆破法和机械破岩法。这两种方法各存在缺点或不足,爆破法对原岩的扰动大,往往造成隧道支护困难;机械破岩法一次投资费用高、遇硬岩时效率低等。为克服这些缺点,需要研究和发展新型的高效破岩方法。研究表明,利用微波对岩石进行照射,可以有效地降低其强度,有利于提高机械破碎的效率,“微波+机械”破岩有望成为一种新型的高效破岩方法。为实现这样的目标,需要对微波照射下岩石的损伤机理进行研究。本文通过设定不同的岩石含水率、岩石种类、微波照射功率和时间等因素,试验研究微波照射下岩石损伤机理,通过CT扫描和抗剪切试验探究微波照射下岩石损伤演化规律,具体研究内容及成果如下:(1)在理论分析的基础上,阐述微波照射下岩石的损伤机理,并分析微波照射下影响岩石损伤演化的内部因素。微波照射下岩石的损伤是由岩石中包含吸波物质的一些“热点”引起的。岩石矿物成分、含水率等因素对微波照射下岩石损伤具有一定程度的影响。在试验设定的含水率变化范围内,含水率高的岩石试件,经微波照射后,岩石的损伤变量大,损伤的离散性强。(2)进行不同参数的微波照射岩石试验,并对岩石抗剪强度的变化进行分析。结果表明:微波照射下由于岩石矿物晶粒的热膨胀,减弱了晶粒之间的结合力,最终导致岩石抗剪强度降低;大功率、短时间的微波照射,能够有效地降低岩石的强度。(3)对微波照射后的岩石试件进行CT扫描,确定相同参数微波照射下,不同岩石的损伤变量,分析矿物成分对微波照射下岩石损伤的影响。结果表明:微波照射下岩石的损伤演化表现出局部化特征。微波照射下花岗岩的损伤主要取决于黑云母、角闪石、磁铁矿等吸波矿物;玄武岩的损伤主要取决于橄榄石、辉石等吸波矿物。(4)本文的研究表明,利用大功率、短时间的微波照射,可以有效地降低岩石的强度,因此提出微波辅助破岩刀盘及井下微波辅助钻具的初步设计方案。微波辅助破岩刀盘的设计中,边滚刀与刀盘的连接方式为液压支撑连接,边滚刀两侧安装微波天线,刀盘在微波照射岩石的情况下对岩石进行切割,可以降低滚刀的磨损,提高破岩效率。井下微波辅助钻具通过钻头内微波天线发射的微波加热岩石,降低岩石强度,辅助钻头破岩,以提高花岗岩、玄武岩等硬岩钻进的机械钻速。