随着资源开采和隧道工程的深部发展,处于高地应力环境中结构完整的脆性围岩开挖卸荷后在某些因素诱发下很容易引发如岩爆或冲击地压等地质灾害,对巷道、硐室结构的稳定性造成严重威胁。目前,国内外在防控脆性围岩灾害的支护手段上主要采用锚网喷加锚杆支护,但许多工程实例表明,深部岩土工程在现有锚杆支护措施下,对脆性围岩破坏控制效果不佳,支护措施下的脆性围岩灾害通常具有滞后性和隐蔽性。本文在国家自然科学基金(No.51674116)的资助下,在总结分析脆性岩体破坏研究成果的基础上,系统开展加锚脆性类岩体在单轴压缩载荷作用下力学特性与破裂特征研究工作。主要内容及结论如下:(1)根据锚杆支护措施下脆性围岩的浅表局部破裂特点,基于岩石相似模拟理论,制成了无锚与加锚类岩体试样,在对试样进行脆性验证的基础上,研究单轴压缩条件下锚杆材质、锚杆直径对岩体力学特性的影响。结果表明:加锚岩体强度并非单纯的随着锚杆直径的增大而增加,锚杆加固围岩效果中存在着锚杆材质、锚杆直径与围岩性质的最佳匹配,在最佳匹配条件下能够使锚杆与围岩两者的相互承载能力发挥到最佳程度。(2)从宏观受力和细观裂纹扩展角度分析了单轴压缩下锚杆对脆性类岩体破裂模式的影响。宏观上锚杆的加固作用可以等效为试样受侧向荷载作用,从而改变了脆性类岩体在单轴压缩下的最终破坏模式,从无锚条件下劈裂破坏转化为加锚条件下的剪切破裂。基于滑动裂纹模型,得出了翼裂隙尖端应力强度因子随主裂纹方位角以及主、翼裂纹长度变化的计算表达式,研究表明:不加锚试样在压缩过程中,产生相对较长翼裂纹,最终表现出轴向劈裂的破坏形式;加锚试样在压缩过程中,翼裂纹较短,加锚试样破裂形式为剪切破裂。(3)结合声发射试验,对比观察脆性与非脆性围岩在破裂过程中表现出的声发射信号的差异,脆性类岩体试样在破裂失稳前声发射振铃计数率存在一段相对平稳期,且脆性围岩在平稳期持续时间比非脆性围岩持续时间长,在实际工程中可以把这一重要特征作为评判脆性岩体破坏前的征兆。(4)与无锚试样加载过程中声发射振铃计数率不一样的是:加锚脆性类岩体的声发射信号更加明显,且在应力-应变曲线峰后阶段会再次出现二次声发射幸好峰值情况,这一阶段波动持续时间越长,加锚类岩体单轴抗压强度越大,加锚类岩体试样抵抗外部荷载的能力更强,锚杆的作用效果更加明显。