The drag force on the grains in a permeable medium subjected to a water jet

Summary

A theory for destruction of rock with a high speed water jet is derived on the basis of viscous flow through porous media. The theory yields that a grain in the rock exposed to a water jet is subjected to a hydraulic force proportional to the water pressure gradient in the rock and to the volume of the grain. If a semi-space of a presaturated rock is hit by a water jet of sufficient pressure the theory predicts the initial stage of the crater to be an annular crater the radius of which is twice the radius of the jet. In the case of a dry rock the theory predicts that the typical ring structure of the initial stage of the crater should not occur. The conclusion is that in destruction of rock with a high-pressure water jet the permeability is a very important parameter in contrast to the case of mechanical destruction.

Zusammenfassung

Eine Theorie über Gesteinsdestruktion mit Hochdruckwasserstrahl gründet sich auf die Theorie viskoser Strömung durch poröse Medien. Die Theorie besagt dass eine Partikel im Gestein durch einwirken eines Wasserstrahls einer hydraulischen Kraft ausgesetzt wird die proportional zum Gradienten des Wasserdruckes im eigentlichen Gestein und proportional zum Volumen der Partikel ist. Wenn ein Halbraum eines wassergesättigten Gesteins von einem Wasserstrahl mit ausreichend hohen Druck getroffen wird, sagt die Theorie, so soll das Anfangsstadium des sich bildenden Kraters ringförmig sein mit einem Radius doppelt so gross als der Radius des Wasserstrahls. Im Falle trockenen Gesteins, erklärt die Theorie, soll die typische Ringstruktur im Anfangsstadium des Kraters nich auftreten. Zusammenfassend kann man sagen die Permeabilität ist ein bedeutend wichtiges Parameter bei Gesteinsdestruktion mit Hochdruck wasserstrahl im Gegensatz zum Fall mechanischer Destruktion.