深部地下工程支护中,锚杆作为一种非常有效的支护方式而得到了广泛的应用,但复杂的地应力环境经常导致锚杆发生拉断、剪断、崩盘和退帽等不同形式的失效破坏。锚固理论的发展为锚杆锚固机理的认识奠定了基础,对锚杆轴向和径向综合作用的认识逐步加深,相应地,锚杆在拉剪综合应力作用下形成破坏也是深部硬脆性岩体工程中的一种常见破坏形式。本论文在国家自然科学基金项目(51674116)的资助下,通过室内相似模拟试验并结合数值模拟方法,对拉剪状态不同工况的锚杆(直锚杆和弯曲锚杆)锚固状态下类岩石试件的承载能力、裂纹扩展演化规律、试件应力分布以及声发射特征进行研究,为弯曲锚杆在深部硬脆性岩体支护中的应用提供依据。主要内容和结论如下:(1)考虑弯曲锚杆弯曲段的变形效果和螺纹钢材料的极限变形率,对18mm杆径的弯曲单元进行设计。通过对弯曲锚杆和直锚杆进行拉伸试验,从锚杆轴向受力-变形的角度分析弯曲锚杆的优势。(2)结合土木工程领域拉剪试验,设计了加锚“Z”型类岩石试件,通过RYL-600岩石加载试验系统试验表明,加锚试件的承载能力普遍高于无锚试件,直杆全长锚固最大,弯曲锚杆预留锚固次之,直杆预留锚固最小。无锚试件承载能力在达到峰值强度后迅速下跌,表现出类似脆性材料的性质,而加锚试件峰后承载能力缓慢下降,其中弯曲锚杆锚固状态峰后强度和变形性能最佳。(3)结合数值模拟分析,相同的剪切位移作用下弯曲锚杆受力更小,因此在协调围岩剪切位移方面,弯曲锚杆能够允许的围岩变形量比直锚杆大,有效的避免了直锚杆抵抗围岩剪切位移性能差而发生破坏的问题。拉剪状态分析表明,弯曲锚杆预留锚固方式可以改变围岩应力分布,有效减小拉剪区域的应力值,从而削弱拉剪区域锚杆的受力,避免锚杆所受载荷过大而失效。(4)采用美国物理声学公司(PAC)研制的AEwin-USB多通道声发射监测系统,对试件承载特性-振铃计数、裂纹扩展和振铃计数进行分析,弯曲锚杆锚固试件峰后锚杆发挥作用期间的承载能力大,振铃计数持续时间长,在峰后承载性能方面弯曲锚杆更具有优势。试件裂纹开始萌生时声发射振铃计数率会发生骤增,振铃计数率在裂纹萌生时会达到峰值。在峰后锚杆开始作为承载主体时,试件的承载能力下降程度和声发射振铃计数率所占峰值百分比成正比。