Page 57 - 矿山地质灾害与环境治理

矿山地质灾害与环境治理

供工作阻力；增阻大变形锚杆也是利用摩擦阻力来进行载荷传递和能量转移，通过调整杆

径并设置滑移套管，进行载荷传递，且在变形的过程中形成较高的渐增支护阻力，也有学
者通过设计挤压套管压缩空心杆体之间的摩擦力或滑块挤压的方式实现摩擦阻力的传递。
剪切型大变形锚杆则是通过结构单元内切削刀具产生的剪切反力而提供工作阻力。韩

军等研发了一种适用于围岩大变形的新型螺纹钢锚杆，将锚固段破坏分为平行剪切破坏和
剪胀滑移破坏。周小平等研发了一种自适应释能锚杆，当围岩发生较大变形时，一组压缩
剪切环被锚杆尾端压缩剪切而发生断裂破坏，锚杆尾端进而向下一组压缩剪切环移动，该

锚杆通过压缩剪切环的断裂破坏而被拉长，能提供恒定的约束力。李新坡等研发了一种恒
阻大变形锚杆，通过刀具切削大直径锚杆段产生的压剪力提供恒定阻力。
活塞型大变形锚杆的支护阻力则主要通过与锚杆体相连的活塞状结构产生的变形抵抗

力提供工作阻力。折惠东等研发了一种拉压耦合变形锚杆，通过弹簧和摩擦式的活塞实现
让压功能，以适应围岩的变形。高美奔等研发了一种可适应围岩变形的锚杆，通过套筒和

弹簧之间的延伸装置与杆体发生相对位移从而适应围岩变形。
（3）杆体材料型
靠机械结构的吸能虽然可获得较高的伸长量从而具备较强的变形能力，但通常存在承

载力不足的弱点。早期的锚杆材料大都采 Q235 钢材制成，之后先后出现了螺纹钢和复合
材料。为获取具有特殊性能的吸能锚杆材料，须从新型材料或结构入手。负泊松比材料在

轴向拉伸力作用时会产生一定的侧向膨胀，在其抗冲击、耐扰动和吸能等性能方面比其他
几种传统的正泊松比特性材料更具优越性。何满潮等在地下工程支护领域中首先提出了负
泊松比（NPR）材料 / 结构的概念，并成功研发了负泊松比效应的吸能型 NPR 锚杆。NPR

锚杆在抗冲击、耐扰动和吸能等方面比传统材料锚杆更具有优越性，有利于中国在岩土锚
固领域的支护技术向更深部的软岩支护方向发展。康红普研发了高预紧力锚杆等系列材料，
形成了相应的高预应力锚杆设计办法。

（4）黏结锚固型
软岩具有碎胀应力高、岩层易剪切错动以及塑性区范围大等特性，易导致锚杆支护时
失效，主要表现为锚杆受力大、剪切破断严重，或者锚杆受力较小，锚杆与围岩共同向自

由空间移动，锚杆从端部锚固到加长、全长锚固逐渐成为新的发展趋势。赵兴东等研发了
具有多点锚固作用和整体滑移释能的 J 型锚杆。该锚杆能够同时利用锚杆锥形体－锚固剂

的黏结阻力做功和杆体变形吸收围岩变形能量。
3. 预应力锚索
当围岩破坏范围超过锚杆长度时，锚杆支护效果就会受到极大削弱。而锚索相对于锚

杆具有明显优势，锚索长度大、承载力高、可以锚固到深部岩层从而将围岩应力峰值转移
到深部岩层，从而扩大承载圈。高强预应力锚索可对围岩施加高应力，从而限制围岩离层、

滑移及裂隙的产生，提高围岩整体强度。此外，高强预应力锚索可“生根”在深部稳定岩
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