高压脉冲水射流兼具水锤压力、高速侧向流和高频脉冲载荷等特点，易在硬岩中形成剪切、拉伸和疲劳破坏，对硬岩表现出较高的冲蚀破碎效力，在大型露天矿中大块硬岩的二次破碎等领域具有广阔的应用前景。在众多高压脉冲水射流类型中，截断式和挤压式高压脉冲水射流对脉冲长度、脉冲频率等射流参数具有较高的可控性，能实现间断发射来有效避免冲蚀孔洞内形成水垫效应和返水的影响，是硬岩破碎中具有较高开发潜力的脉冲水射流类型。高压脉冲水射流流场结构决定了射流的冲蚀能力。因此，掌握射流流场结构信息是研究破硬岩机理的必要前提。但是，高压脉冲水射流的流场结构具有高速湍动的瞬变特性，纯理论计算和实验测试手段难于获得较为详细的流场信息。水力冲击载荷与硬岩耦合机理复杂，现有的实验及理论研究成果尚不能对高压脉冲水射流的冲击应力波、水楔压力等重要作用机理给予定性和定量的分析。为此，对高压脉冲水射流的射流结构和破碎硬岩机理进行系统研究，将为该项技术的开发与推广提供重要的理论参考依据。本论文采用实验研究、理论分析和CFD数值模拟相结合的方式，深入研究了挤压式和截断式两种高压脉冲水射流的产生和流场结构特性；实验研究了主要水动力参数对硬岩破碎效力的影响规律及冲蚀破碎过程中的损伤分布及演变特点；理论分析了高压脉冲水射流破碎硬岩过程中裂隙扩展的主要作用因素和条件。本研究的主要成果包括：①建立了挤压式脉冲水射流的有限差分模型。基于冲击活塞与挤压活塞的多碰撞方程，采用有限差分分析的方法推导出由装置结构和工作参数构成的射流速度和压力的表达式。计算结果揭示了单次冲击生成多个脉冲的产生机理，得出了活塞质量、腔体直径、蓄水长度等主要结构及工作参数与瞬态射流压力、速度及射流持续时间的关系。②推导出截断式脉冲水射流的主要射流结构参数的计算公式。建立了射流截断面的二维坐标系，得到了射流截断面积、射流流量、能量和各射流特征机构尺寸等与主要工作参数的关系；预测了截断式脉冲水射流的一般结构。③采用高速摄像技术，首次捕捉到挤压式脉冲射流在单次冲击动作后由于活塞的多次碰撞所产生的多脉冲现象，以及截断式脉冲水射流在孔盘干扰作用下的偏转头、尾部尖体结构特点。追踪了该两种高压脉冲水射流特殊结构的产生及演变过程。④以自定义瞬态入口边界的方法，建立了描述挤压式脉冲射流的形成过程的2D多相湍动流的数值计算模型。揭示了射流喷出后伞状头部结构的形成机理及流场动态演变特点，分析了冲击耙物时的动力特性。⑤采用3D动网格技术，建立了描述截断式脉冲射流形成过程的动态计算模型，模拟了截断式脉冲水射流特殊头、尾结构的产生全过程。重点分析了决定水锤峰值压力和持续时间的射流头部瓦状流场结构特点。⑥实验研究了射流直径、脉冲长度、频率、能量等在冲蚀破碎硬岩过程中的影响作用。实验结果表明：脉冲射流长度越长冲孔直径越大、比能越大；脉冲长度与间断长度对射流冲蚀效力有较大影响且存在最优比。⑦实验获得了花岗岩方块在高压脉冲水射流作用下内部损伤的分布及动态演变规律。采用超声波透射法，测试了冲蚀孔周边的不同测点处岩石内部损伤随射流作用时间的变化；得出了岩石内部损伤向对角线位置积聚的趋势。⑧理论分析了高压脉冲水射流破碎硬岩的主要作用机理，提出了由冲击应力波作用和水楔压力作用下裂隙尖端的复合脉动应力场概念，分别从能量和断裂强度的角度，建立了硬岩裂隙在脉冲水射流复合应力场作用下的裂隙扩展的两个基本条件为（？）。