吉林大学建设工程学院鎏嘉颐仿生钻探团队优秀成员张丛珊博士，以“Numerical Simulation and Experimental Study on Rock Fragmentation and Crack Propagation Characteristics with Hole Enlargement Under Impact Load”为题，于2024年12月13日以第一作者身份在《Rock Mechanics and Rock Engineering》期刊上发表文章，课题组高科教授为通讯作者。

  集束式潜孔锤反循环钻进技术因其“小孔钻进、大孔扩径”的施工技术而成为一种实现高钻速（ROP）的途径。然而，关于扩孔冲击条件下冲击破岩机制的研究还相对有限。在本研究中，通过落锤冲击试验，研究了不同扩大孔与先导孔直径比（k）下，九球齿钻头对花岗岩的撞击坑尺寸和体积、碎屑粒径大小以及微应变曲线。建立了球齿与岩石在冲击载荷下的动态损伤数值模型，并通过在球表层面上引入粘聚单元，发展了球齿冲击下裂纹随机萌生过程。研究了k值、岩性和侧向倾角对裂纹特征和数量、钻头-岩石相互作用（BRI）曲线以及中位裂纹（lm）和井壁裂纹（lw）能耗的影响。

  结果表明，在k=2-3时，体积破碎度高，轴向压缩大，岩石破碎性能具有竞争力。当k=3时，裂纹数量最多，裂纹宽度最大，lw的传播最小。花岗岩和石灰岩的BRI曲线在不同岩性下显示出相似的形状，裂纹数量最多发生在k=3。砂岩的BRI曲线与其他两种岩石相比，显示出更高的穿透深度和更低的冲击力。当k=3且球齿倾角为15°时，实现了裂纹数量和尺寸的最大值，同时保持了较小的lw值，从而获得了最佳的岩石破碎效果和井壁稳定性。