对于火灾、地震、车祸等一些灾变现场,由于地形、空间的特殊性,大型救援设备难以进入,而小型救援设备破拆效率低下,无法快速拆除混凝土构件或其他材质障碍物。磨料水射流切割技术不产生明火、切割效率高,适于易燃易爆环境,且体积相对较小,但其切割性能有待进一步提升。本文选取灾变现场常见的C35混凝土及Q235钢板作为靶件材料,采用试验研究与数学建模结合方式提出通过优化切割参数以及多次切割工艺提升切割性能。首先,研究前混合磨料水射流设备切割C35混凝土过程的影响因素,并提出优化方法。采用单因素试验法研究各工况参数对切割深度的影响规律,并通过正交试验分析不同参数的影响程度大小,结合实测数据建立了切割深度的预测模型。结果表明:不同参数对切割深度的影响存在明显差异。切割深度与射流压力正相关;与横移速度负相关;随靶距增大则先增大后减小,并得出最佳靶距为4mm;随冲击角度呈现波动式变化,确定出最佳冲击角度为80°。从各工艺参数的影响程度来看,从大到小依次为:射流压力、横移速度、靶距。依据切割试验数据,建立了前混合磨料水射流切割混凝土切割深度的多元线性回归数学模型。其次,提出优化现有多次切割工艺提高磨料水射流切割性能。用单因素试验法对Q235钢板进行切割试验分析了单次切割、同向多次切割与交替向多次切割的差异。结果表明:单次切割深度随横移速度增大而减小,但减小速率逐步变小;相同运行时间下,同向多次切割性能优于交替向多次切割;不同形状材质的最佳切割次数存在差异,厚度相同时,板状钢材宜采用二次切割,而管状或柱状钢材宜采用四次切割;优化效果随着破拆材料厚度增加而增加。最后,基于量纲分析法构建Q235钢板的多次切割工艺下的切割深度预测模型,从而更好地结合现场,优化切割参数。此外,为了使多次切割工艺能在现场更好地应用,设计出便携式电动支架,减少了救援人员的操作难度与危险。