锚杆索支护原理及大变形控制技术
锚杆支护原理
锚杆支护原理锚杆支护是一种常见的地下工程支护方法，主要用于土体或者岩体的加固和稳定。
它通过锚杆的预应力作用，将锚杆与岩土体密切连接，形成一个整体结构，从而增强了地下工程的稳定性和承载能力。
本文将详细介绍锚杆支护的原理及其应用。
一、锚杆支护的原理锚杆支护的原理基于以下几个方面：1. 磨擦力原理：锚杆通过预应力的作用，使其与岩土体之间产生磨擦力，从而阻挠岩土体的位移和变形。
磨擦力的大小取决于锚杆的预应力大小和锚杆与岩土体之间的磨擦系数。
2. 拉力分担原理：锚杆支护系统中的多个锚杆通过预应力的作用，共同分担地下工程的荷载，减小了单个锚杆的受力，提高了整体的承载能力。
这种拉力分担原理可以有效减小锚杆的应力集中，提高了锚杆的使用寿命。
3. 锚固效应原理：锚杆通过预应力的作用，使其与岩土体之间形成一个锚固体系，增加了地下工程的整体稳定性。
锚固体系可以有效地反抗岩土体的位移和变形，保证地下工程的安全运行。
二、锚杆支护的应用锚杆支护广泛应用于各类地下工程，如隧道、地下室、矿井、坑道等。
其主要应用领域包括：1. 隧道工程：锚杆支护在隧道工程中起到了重要的作用。
通过预应力锚杆的施工，可以有效地增加隧道围岩的稳定性，减小地表沉降和隧道变形的风险。
2. 地下室工程：在地下室的施工过程中，锚杆支护可以提供稳定的支撑力，防止地下室的坍塌和变形。
同时，锚杆支护还可以减小地下室施工对周围环境的影响。
3. 矿井工程：在矿井的开采过程中，锚杆支护可以有效地增加矿井的稳定性，保证矿井的安全运行。
锚杆支护还可以减小矿井的变形和沉降，提高矿井的采矿效率。
4. 坑道工程：锚杆支护在坑道工程中起到了重要的作用。
通过预应力锚杆的施工，可以有效地增加坑道的稳定性，减小地表沉降和坑道变形的风险。
三、锚杆支护的施工步骤锚杆支护的施工步骤普通包括以下几个环节：1. 预处理：在施工前，需要对地下工程的岩土体进行勘探和分析，确定锚杆的布置位置和长度。
同时，还需要对锚杆的材料和设备进行检查和准备。
锚杆支护原理讲解
锚杆支护理论及施工工艺讲解讲课目的：通过本次讲课，带动管理人员及锚杆支护工认真钻研锚杆支护理论，与实践相结合，提升掘面锚杆支护规范化操作，达到安全、经济支护巷道顶板的目的。
讲课内容：分三大部分：（1）锚杆支护原理；（2）锚杆施工工艺;（3）锚杆施工管理及质量要求。
一、锚杆支护原理1、悬吊理论：悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性。
对于回采巷道经常遇到的层状岩体，当巷道开挖后，直接顶因弯曲、变形与老顶分离，如果锚杆及时将直接顶挤压并悬吊在老顶上，就能减小和限制直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的。
巷道浅部围岩松软破碎，或者开掘巷道后应力重新分布，顶板出现松动破裂区，这时锚杆的悬吊作用就是将这部分易落岩体悬吊在深部未松动岩层上。
这是悬吊理论的进一步发展。
根据悬吊岩层的质量就可以进行锚杆支护设计。
悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用，在分析过程中不考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开，与实际情况有一定差距，计算数据存在误差。
悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用于巷道帮、底。
如果顶板中没有坚硬稳定岩层或顶板较软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。
2、组合梁理论：组合梁理论认为：在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。
如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的作用，一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。
这种组合厚岩层在上覆岩层荷载的作用下，其最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度也减小，而且组合梁越厚，梁内的最大应力、应变和梁的挠度也就减小。
根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数。
锚杆支护原理
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
锚杆和锚索的应用原理
锚杆和锚索的应用原理
锚杆和锚索都是用于提供支撑和固定的工程结构设备。
它们的应用原理如下：
1. 锚杆的应用原理：锚杆是一种通过抵抗拉力来增加土体或岩石的稳定性的工程材料。
其原理是将锚杆作为预应力杆固定在土体或岩石中，通过施加预应力力矩使锚杆与土体或岩石形成摩擦力或阻力，从而增加其抗拉能力。
当土体或岩石承受外部荷载时，锚杆将荷载通过摩擦力传递到周围的土体或岩石中，使其稳定。
2. 锚索的应用原理：锚索是一种通过抵抗拉力来增加结构稳定性的工程材料，通常用于固定大型建筑物或桥梁。
其原理是将一根或多根钢丝绳等材料置于深孔中，然后注入浆液填充孔隙，形成地下结构。
钢丝绳通过预应力力矩被拉紧，将土壤或岩石与结构相连，形成一种通过摩擦力和粘结力来提供稳定性的支撑系统。
这样，锚索可以使结构承受拉力并阻止其移动或倾斜。
总之，锚杆和锚索通过施加预应力力矩来提供稳定性和支撑，从而增加土体、岩石或结构的抗拉能力，阻止结构的移动或倾斜。
它们在土木工程、岩土工程和结构工程中广泛应用。
锚杆支护原理(参考内容)
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用sin αcos αp бbpбpбαbб顶板线节理面锚杆的楔固作用bб-sin αcos α)б p (бbpбpбαα2sin b α+б2cos p б顶板线节理面4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
锚杆的挤压加固拱L4321a5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
锚杆支护的原理
锚杆支护的原理
锚杆支护是一种常用的岩土工程技术，旨在增强岩石或土体的稳定性。
其原理是通过将钢筋或钢管等材料固定在岩石或土体中，形成一个有效的支撑系统，从而控制地层的位移和变形，提高地质体的承载能力。
锚杆支护的具体原理可以概括为以下几个方面：
1. 加固地层：通过在地层中钻孔并注入高强度胶结材料，将锚杆牢固地固定在岩石或土体中。
这样可以增加地层的整体强度和刚度，阻止岩石或土体破坏和滑动。
2. 分散荷载：锚杆支护在地层中形成锚杆网，并通过承受荷载的方式来分散地层的力量。
锚杆通过与地层内的固有力反作用，将部分荷载传递到其他岩体或地下结构上，减轻了地层的载荷，保护了地下工程的安全。
3. 控制和消散位移：锚杆支护可控制地层的位移和变形，通过与地层结构相互作用，改变地层内力和应变的分布。
这种互动能够消散地层内产生的应力、变形和位移，防止发生地层破坏，维护地下工程的稳定性。
4. 增加地质体的承载能力：锚杆支护可以提高地质体的承载能力，通过加固和固定地层结构，使得地质体能够承受更大的荷载。
这对于需要建设地下洞室、隧道、坑道等工程项目的地质体来说是非常重要的。
总而言之，锚杆支护的原理是通过加固地层、分散荷载、控制和消散位移以及增加地质体的承载能力，来提高地下工程的稳定性和安全性。
它是一种有效的支护技术，被广泛应用于岩土工程领域。
煤矿井下锚杆支护知识、原理和锚杆(索)计算及支护设计公式
锚杆支护一、锚杆支护的原理锚杆支护就是以维护和利用围岩的自承能力为基点，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。
通过锚入围岩内部的杆体，改变巷道围岩的本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的承载环，和围岩共同作用，达到维护巷道的目的。
这一支护形式与传统的棚式支护相比属于主动积极加固巷道围岩的支护形式。
二、锚杆在支护中的作用1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
2、锚杆的组合梁理论在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆长度以内的薄层岩石锚成岩石组合梁，从而提高其承载力。
利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
3、锚杆锲固作用锚杆的悬吊作用锚杆的组合作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
44、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
锚杆支护原理
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
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的正确性，有效地实现了露天及地下开采中的大变形控制与预测。
关键词：岩石力学；负泊松比；本构关系；大变形控制；滑坡预测
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2016)08–1513–17
Support principles of NPR bolts/cables and control techniques of large deformation
2 负泊松比结构
虽然大多数材料(或称为传统材料、正泊松比材 料)的泊松比为正值，但是人们很早就发现部分天然 负泊松比材料。A. E. H. Love[10]于 1927 年首次在黄 铁矿中发现负泊松比效应；D. J. Gunton 和 G. A. Saunders[20]，Y. Li[21]分别在砷和镉中发现了单晶材 料的负泊松比效应；R. H. Baughman 等[22]发现大多 数具有立方体结构金属和少数具有面心立方结构的 固态稀有元素有特定方向上承受拉伸时也能够显示 出负泊松比行为。R. S. Lakes[23]于 1987 年首先在 Science 上报道了人工负泊松比聚酯型聚氨泡沫塑 料，这一发现验证了人造负泊松比材料的可能性。 此后，许多研究者制造出了人工负泊松比材料，如 K. E. Evans 等[24-25]。
HE Manchao1，2，LI Chen1，2，GONG Weili1，2，WANG Jiong1，2，TAO Zhigang1，2
(1. State Key Laboratory for Geomechanicsand Deep Underground Engineering，China University of Mining andTechnology， Beijing 100083，China；2. School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology， Beijing 100083，China)
随着国民经济发展对矿物资源需求的不断增 加，深部开采、露天矿高大边坡开采、高效及安全 开采的需求，特别是对于高应力岩爆和冲击地压、 滑坡等动力工程地质灾害的控制与预测的需求，除 了要求锚杆除了具有较高的抗冲击能力外，还要求
能够工作在恒定的、较高水平的工作阻力下具有拉 不断的特点(1 m 以上的变形能力)。
1
尺度/m
图 1 不同尺度下的负泊松比材料与结构[26]
Fig.1 Auxetic materials and structures from the macroscopic down to the molecular level[26]
者研究的热点。特别是对泡沫材料[29-30]和复合材 料[31-32]的研究已经取得了部分成果，总结于下：
收稿日期：2015–09–08；修回日期：2015–10–10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51304210，51404278，51574248) Supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 51304210，51404278 and 51574248) 作者简介：何满潮(1956–)，男，博士，1981 年毕业于长春地质学院工程地质专业，现任教授、博士生导师，主要从事深部岩体力学与工程灾 害控制方面的教学与研究工作。E-mail：hemanchao@ DOI：10.13722/ki.jrme.2015.1246
阻大变形锚杆/索，首次在岩石力学领域提出 NPR 支护的概念与力学行为的科学问题。基于 NPR 结构的解流变力
学模型和解析模型，从理论上验证 NPR 锚杆/索和 NPR 岩体相统一的理想弹塑性本构关系，并形成相应的 NPR
支护技术体系。通过静态拉伸试验、井下防冲抗爆试验和滑坡监测试验，验证 NPR 锚杆/索本构关系的理论模型
(1. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083； 2. 中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京 100083)
摘要：为了更好地控制和预测深部高应力岩爆、冲击地压和滑坡等动力工程地质灾害，基于负泊松比(Negative
Poisson′s ratio，NPR)材料或结构在抗冲击、抗剪切及吸收能量等方面的优异性能，研发具有 NPR 结构的新型恒
A. Alderson[26] 给 出 了 负 泊 松 比 材 料 的 尺 度 (见图 1)并评价说：“负泊松比现象与尺度无关， 即可以出现在材料组成的尺度、也可以出现在宏观 尺度，即可以是材料的性质、也可以是结构的性 质”。根据热力学势能理论，三维各向同性材料的 泊松比取值范围为−1～0.5[27]，而二维各向同性材料 的泊松比值则位于−1～1[28]。对于各向异性材料而 言，其泊松比取值范围要远大于各向同性材料。从 泊松比取值的范围可以清楚地表明材料具有负泊松 比值在理论上是允许的[29]。
(1) 如图 3[26]所示，传统材料在承受冲击载荷 作用时，材料在冲击力的作用下发生压缩，并在垂 直于冲击的方向上从冲击部分向四周流动。而负泊 松材料在受到冲击载荷作用时在冲击方向承受压 缩，在侧面发生收缩，材料朝冲击部位流动；这种 现象将使材料的局部密度增大，从而产生更有效的 抵抗压痕的作用。研究表明在同样的初始密度条件 下，负泊松比材料相比传统材料具有更高的屈服强 度。
第 35 卷 第 8 期 2016 年 8 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.35 No.8 Aug.，2016
NPR 锚杆/索支护原理及大变形控制技术
何满潮 1，2，李 晨 1，2，宫伟力 1，2，王 炯 1，2，陶志刚 1，2
第 35 卷 第 8 期
何满潮等：NPR 锚杆/索支护原理及大变形控制技术
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尺度问题
宏观尺度到分子水平下的拉胀性材料和结构
烧结陶瓷
复合材料
分子拉胀材料
立方晶金属 α—方晶石 液相晶体聚合物
薄壳/骨架 聚合物
金属泡沫
微孔隙聚合物 蜂窝结构
楔形砖体结构
10－10
10－8
1锚杆支护技术经过多年的发 展，已经接近了极限。要获得具有超常性能的吸能 锚杆材料，必须采用新思维、新的材料或结构。负 泊松比材料(或称为 negative Poisson′s ratio，NPR 材 料，或拉胀(Auxetic)材料)或结构在受到单轴拉伸时 会发生侧向膨胀，在抗冲击、抗剪切及吸收能量等 许多方面比传统正泊松比材料具有更优异的性能[19]。 开展负泊松比支护材料或结构的研究，对于解决矿 山岩体力学面临的大变形灾害控制问题具有重要意 义。本文在岩石动力学领域首次提出 NPR 支护结 构的概念，从理论上提出并通过一系列试验验证了 NPR 锚杆/索和 NPR 岩体相统一的理想弹塑性本构 关系，最后通过滑坡监测和井下抗爆试验介绍了 NPR 锚杆/索支护原理及大变形控制技术。
多年来，为进行岩体及岩土体支护，人们研制 出了不同种类的支护材料。根据支护材料的性能， 可以分为以下 3 种类型[1]，即强度锚杆、屈服锚杆 以及吸能锚杆。强度锚杆的本构关系为线弹性，其 支护力等于或近似等于锚杆材料的强度，例如传统 锚杆 Rebar。屈服锚杆的本构行为是小刚度屈服， 其强度较小，具有容纳岩体大变形的特点，如 Split sets[2-4]。按 C. C. Li[1]的定义，吸能锚杆应具有下述 特征：(1) 具有 Rebar 锚杆的强度；(2) 具有 Split sets 锚杆的变形能力；(3) 具有对外载荷的快速响应能 力。吸能锚杆最基本的要求[5-6]是能够在较高的强 度，对围岩输出“200～300 mm”的让压变形。在 最近的几十年里，人们研制出了许多吸能锚杆，如 Garford Solid Dynamic Bolt[7-8]，Garford Solid Dynamic Bolt[9]，Cone Bolt[10-12]，MCB conebolt[13-16] (可伸长 180 mm)，D Bolt[1](较高阻力下可伸长 400 mm)，可 伸缩胀管式锚杆[17]，新型让压锚杆[18]，等等。上述 新型吸能支护材料的研究，为矿山的安全开采作出 了重要贡献。然而，这些吸能锚杆仍然属于传统材 料的锚杆/索，其拉力(工作阻力)与位移关系均是传 统的弹性变形–应变强化–应变软化的模式，工作 阻力随位移而变化。因此，这些锚杆仍然难以满足 大变形灾害支护与控制的要求。
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岩石力学与工程学报
2016 年
1引言
矿山岩体力学的研究对象是以地质体为主的地 学系统。与人工设计的工业系统不同，对于地学系 统的复杂性，人类到目前为止尚不能完全认知。深 部复杂地质条件下的工程设计、岩爆与冲击地压， 以及露天高大边坡开采引起的滑坡等工程地质灾害 的控制、监测与预测，是我国矿业资源开采与大型 基础设施建设中面临的主要问题。这些问题带来的 挑战包括：(1) 现有的矿山开采岩体力学的本构关 系不能用于上述条件下的工程设计；(2) 基于传统 锚杆/网索支护难以满足在冲击、大变形条件下的灾 害控制需求。为应对这些挑战，需要开发具有超常 性质的支护材料、结构，以及建立新的关于复杂结 构岩体的本构关系。
Abstract：In order to control and forecast geological disasters such as deep rock burst of high stresses，pressure bump and landslides，a new constant resistance and large deformation(CRLD)bolt/cable with negative Poisson′s ratio(NPR) was developed. The concept and mechanical behavior of NPR support were firstly put forward in view of the excellent performance of NPR materials or structures such as anti-impact，anti-shear and energy absorb. Based on the rheological mechanical and analytical model of NPR structure，the unified ideal elastic-plastic constitutive relation for NPR bolts/cables and NPR rock was verified theoretically. The proportional NPR support system was formed. Through the static tensile test，anti-impact and anti-explosion underground tests and landslide monitoring test，the correctness of the theoretical model of constitutive relationship was verified and the control and prediction of large deformation in open pit and underground mining were achieved effectively. Key words：rock mechanics；negative Poisson′s ratio(NPR)；constitutive relationship；large-deformation control； landslide prediction