Page 175 - 采矿工程中采矿工艺与技术研究

第四章 采矿工程巷道掘进和支护技术

不少学者提出各种不同的力学模型，如非线性剪切滑移模型、双指数曲线剪切滑
移模型、双曲函数模型等。基于上述力学模型，诸多专家学者对此展开大量的理
论与试验研究工作，例如，黄明华等利用锚固界面的非线性剪切滑移模型推导出

锚杆荷载传递非线性方程，基于此，分析了全长黏结式锚杆锚固段的荷载传递特
征及机制；另外，基于黄明华的双指数曲线剪切滑移模型，有限长锚杆界面荷载
分布解答式的提出有效地解决了无限长锚体均匀统一本构假设的弊端，以及从锚
杆荷载 - 位移曲线、轴向力、界面剪应力 3 个角度揭示了考虑锚杆屈服下全长锚

固锚杆锚固段的荷载传递机制；除此之外还揭示了端锚、全长锚、分段屈服锚固
等不同锚固长度下锚固段的荷载传递机制。
（3）锚杆锚固界面力学特性
从宏观上看锚杆锚固系统通常由三体两面 （锚杆杆体、锚固材料、围岩、

锚固材料 - 围岩界面、锚固材料 - 锚杆界面）构成，其 3 者材料物理力学性质的
不同，决定了其锚固界面力学特性及变形也不同，因此，研究锚固界面力学特性
对揭示锚杆支护机理具有重要作用。锚杆杆体与锚固材料、锚固材料与围岩之间
存在 1 种界面，诸多专家学者对这 2 种锚固界面展开一系列相关课题研究。对于

锚杆杆体 - 锚固材料界面，剪应力 - 位移非线性本构模型与新黏结滑移模型（考
虑锚固界面残余剪切强度）的提出，为分析锚杆荷载传递机理提供了 1 种新方法；
另外，不同围岩强度和温度会影响锚杆与锚固剂间的力学效应，即极限拉拔力、
残余锚固力、锚固界面能耗随围岩强度的减小和温度的升高而减小。对于锚固剂 -

围岩界面，界面剪应力与锚固长度呈负相关，且随着锚固长度的减小，界面剪应
力的分布越均匀。
（4）围岩的流变性与其产生的时效性
深部巷道处于高应力、高地温的地质环境中，使围岩流变性愈发显著，围岩

的流变性会影响锚固界面的力学特性，进而会对锚杆支护作用机理产生较大影响，
因此，考虑围岩的流变性及其产生的时效性也是研究锚杆支护作用机理的关键问
题之一。随着锚固界面法向刚度服从指数分布的软接触形式和非线性流变本构模
型的提出，有效解决了传统接触面法向的“硬”接触和切向黏结、滑移不连续的

问题；王刚等建立了预应力锚杆 - 围岩耦合流变模型，发现围岩支护效果、位移
分别与锚杆预应力表现出正相关、负相关关系，具有显著的时间相关性。除此之
外，董恩远等研究了围岩蠕变影响下的锚杆支护作用机理，即提高围岩承载能力

167