Page 161 - 《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

表 3 锚索与 ACC 结构在 5 种不同加载速率条件下的峰值荷载与破断位移
Table 3 Peak load and failure displacement of anchor cables and ACC structures under five loading rate conditions
−1
加载速率/(mm·min ) 结构类型 峰值剪切荷载/kN 峰值轴向荷载/kN 破断位移/mm
锚索 435.18 304.19 83.21
2
ACC 654.12 330.21 81.71
锚索 331.62 305.36 53.79
10
ACC 609.81 328.33 68.36
锚索 314.43 300.12 49.35
20
ACC 511.34 313.92 68.87
锚索 329.08 295.61 45.46
30
ACC 560.77 322.66 70.10
锚索 373.29 311.52 58.73
40
ACC 655.27 332.06 83.19

700

440 435.18 kN Strength weakening Strength strengthening
Strength strengthening 654.12 kN stage stage 655.27 kN
stage 650 609.81 kN
Strength weakening
Peak shear load/kN 360 stage 373.29 kN Peak shear load/kN 600 560.77 kN
400

550

320 331.62 kN 314.43 kN 329.08 kN 500 511.34 kN
450
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Loading rate/(mm·min ) Loading rate/(mm·min )
−1
−1
(a) Anchor cable (b) ACC
图 4 支护构件的峰值剪切荷载
Fig. 4 Peak shear capacity of support members

1.3 钢丝断裂形态
为进一步比较 2 种结构在不同加载速率下的变形形态及受拉剪组合作用力的断裂形式，在每组试
验结束后对试块进行破拆并剥离支护构件，观察结构主要组成部分的钢丝破坏形态，如图 5 所示。
从图 5(a) 可以看出，加载速率为 2～30 mm/min 时，钢丝的剪切破断数量逐渐增加，锚索破坏受剪切
荷载主导；加载速率为 30～40 mm/min 时，锚索的受拉破断数量开始增加。这说明，在特定的剪切位移
加载速率区间，剪切破坏是锚索破断的主要破坏形式。因此，提高锚索的抗剪性能，对抑制地下工程中
的岩体横向变形和提供安全的作业环境具有重要意义。
图 5(b) 为 ACC 结构内部钢丝在不同加载速率条件下的破坏形态。随着加载速率的提高，钢丝的剪切
破断数量明显减少，ACC 结构破坏受拉伸荷载主导。ACC 结构中，C 形管降低了应力集中效应，同时在一
定程度上改善了被包裹的锚索的受力状态，锚索能充分发挥其高抗拉性能，ACC 结构整体的抗剪强度较高。
由图 6 可知，影响结构破坏的主要因素为损伤累积速度和应变率强化效应。随着加载速率的升高，
加载速率较低（小于 20 mm/min）时，应变率强化的增益效果不足以弥补损伤累积速度对结构的负作用，
损伤累积速度主导了结构破坏，结构出现强度弱化现象；而加载速率较高（20～40 mm/min）时，应变率强
化的增益效果愈加明显，逐渐抵消损伤累积速度的负作用，结构整体强度提升，钢丝的脆性剪切破坏数
量减少，该现象在 ACC 结构中尤为显著。

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