Page 158 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 单仁亮，等： 加载速率对ACC结构抗剪性能的影响 第 6 期

constructed based on the test results, exhibits high accuracy. Numerical simulations of dynamic loading tests demonstrate that

the anchoring system formed by the ACC structure has a good energy absorption effect, which becomes more pronounced with
increasing impact energy. Under high-speed impact, the ACC structure is significantly affected by the strain rate reinforcement
effect, with higher shear load capacity at greater impact velocities.
Keywords: double structural surface shear test; anchor cable with C-shaped tube structures; deformation damage
characteristics; impact load

随着我国矿产资源需求的持续增长和各类岩土工程规模的扩大，矿床开采深度显著上升，导致煤矿
巷道所处的地质环境变得日益复杂 [1-2] 。地应力水平的增加使岩体发生大规模变形的风险显著提升。为
了有效抑制地下工程中岩体大变形及岩爆等不可预见现象的发生，锚杆和锚索等支护构件，因其结构简
单且支护效果显著，已被广泛应用于岩土工程。已有研究多集中于支护构件的抗拉性能分析 [3-5] ，然而在
深部开采和高应力环境中，支护构件常同时承受拉伸和剪切作用，导致结构破坏现象频发。因此，在各
类因素影响下，评估支护构件拉伸与剪切的综合性能，成为岩土工程研究中的重要课题。
Jalalifar 等 [6] 利用不同直径及强度的锚杆进行剪切试验，发现锚杆抗剪强度受其直径及强度等因素
影响显著；Aziz 等 [7] 发现改变灌浆厚度能够影响预张拉锚杆的抗剪强度及剪切位移；Ferrero 等 [8] 对支护
结构组成的锚固系统进行了理论分析与试验研究，发现预应力不仅能够影响锚固系统的抗剪强度，同时
改变了剪切位移；Goris 等 [9] 研究发现，粗糙节理面的抗剪强度高于光滑节理面，这一差异甚至可以达到
2 倍左右；Grasselli 等 [10] 对比了不同支护结构的安装角度对抗剪性能的影响，发现支护结构所调动的最
大剪切荷载出现在安装角为 30˚～60˚时；Jalalifar 等 [11] 的试验结果也表明，混凝土强度对锚固系统的抗剪
能力、剪切位移以及支护构件的破坏机制有显著影响，强度越高，结构更容易发生剪切破坏。以上研究
多聚焦于支护结构自身性质 (直径、强度等)、灌浆厚度、预应力强度、岩体强度、支护结构安装角度和结
构面粗糙度等因素对锚杆锚索等剪切性能的影响，却忽略了加载速率这一重要影响因素，同时，少有人
研发出高抗剪性能的支护构件。
基于上述原因，单仁亮等 [12] 开发了一种如图 1 所示的管索组合结构（anchor cable with C-shaped tube，
ACC）。该结构相比于锚索结构，不仅抗剪承载能力大幅提升，轴向承载能力也有所提升 [13-14] 。ACC 结
构能够有效应对深部岩体高水平应力环境下的围岩大变形情况 [15] ，但是对其剪切力学特性的分析不够
深入，加载速率对其抗剪性能的影响也尚不清楚。为此，本文中，以剪切位移加载速率为变量，探究准静
态及不同中等加载速率条件下锚索和 ACC 结构的变形特性及差异性，通过模拟手段探究冲击动载 [16-18]
对 ACC 结构的影响，以期为支护结构的剪切力学特性研究提供参考。

Anchor cable Open seam steel tube Pallets Lockset

图 1 管索组合结构示意图 [12]
Fig. 1 Schematic diagram of anchor cable with C-shaped tube [12]

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