Page 163 - 《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

T ∗ [11]
移曲线，不同加载速率下支护构件本身性质对结构面抗剪强度的贡献，即结构面标准化抗剪强度贡献
可表示为：
T V −2N tanφ
T = (1)
∗
2nF max
F max 为支护
式中： T V 为剪切荷载， N 为结构面轴向荷载， φ 为结构面摩擦角， n 为结构面的支护构件数量，
构件极限抗拉强度。
为方便对比锚索与 ACC 结构之间的抗剪强度，根据抗剪强度贡献值，定义抗剪强度提高比例 P ：

Q V − Q C
P = ×100% (2)
Q C
Q V 为 Q C 为锚索结构面的极限剪切荷载。
式中： ACC 结构面的极限剪切荷载，
C 形管在不同加载速率下结构面处的抗剪承载能力 η c 可表示为：

Q V,C − Q C,C
η c = ×100% (3)
Q V,C
Q V,C 为 ACC Q C,C 为锚索极限抗剪承载力。
式中： 结构极限抗剪承载力，
相较于真实 C 形管的抗剪承载能力，式 (3) 表 4 锚索和 ACC 结构的抗剪性能相关参数
的计算结果可能偏低，在相同的预应力、围岩强 Table 4 Comparative parameters of shear performance
度和加载速率条件下，ACC 结构中锚索破断所 between anchor cables and ACC structures
−1
∗
需的轴向拉伸荷载要高于锚索，C 形管承受的剪 加载速率/(mm·min ) 结构类型 T max P/% η c /%
切荷载会高于 ACC 结构与锚索的峰值剪切荷载 锚索 0.60
2 50.31 33.47
之差，但式 (3) 仍能表征不同剪切加载速率下 C ACC 0.89
形管的抗剪承载作用。根据式 (1)～(3)，计算锚 锚索 0.45
10 83.89 45.62
索及 ACC 结构在不同加载速率下的抗剪性能相 ACC 0.84
*
关参数，如表 4 T ∗ 为 T 的最大值。 锚索 0.43
所示，其中，
max
20 62.62 38.51
由表 4 可知，ACC 的 T max 约为锚索的 1.69 ACC 0.70
∗
倍 ， ACC 结 构 面 的 抗 剪 强 度 贡 献 均 远 大 于 锚 锚索 0.45
30 70.41 41.32
索。加载速率为 2 mm/min（准静态）时，ACC 结 ACC 0.77
构的抗剪强度提高比例为 50.31%，加载速率为 锚索 0.51
40 75.54 43.03
10 mm/min 时，ACC 结构的抗剪强度提高比例最 ACC 0.90
大，为 83.89%。相较于准静态，4 种中等加载速率条件下 ACC 结构的抗剪强度提升比例增加明显，说明
在应对大的岩体剪切变形速率时，ACC 结构更能发挥作用。加载速率大于 20 mm/min 时，C 形管的抗剪
承载能力与加载速率正相关，能提供较高的抗剪承载能力。

1.5 ACC 结构抗剪作用机理
锚固岩体结构面发生剪切位移时，在支护构件内产生一个如图 7
所示的内力 R 0 ，该内力由轴力 N 0
Q 0 组成。图 7 中，O 为锚固结构与结构
和剪力 Joint plane
面的交点，P 为岩体反力，U 为剪切位移，α 为
x
0
结构面与水平面的夹角。
U 0
Pellet 等 [20] 认为支护构件对结构面的强化作 O
Q 0 N 0
用可分为 2 部分，第 1 部分与力的平行分量相关， R 0
P x
可以看作附加的内聚力；第 2 部分与力的法向分量 α
相关，可以看作围压的增加。应用 Mohr-Coulomb

准则，ACC 结构面的抗剪强度 τ 可表示为： 图 7 ACC 结构的抗剪作用机理示意图
Fig. 7 Schematic diagram of shear resistance
( )
(4)
τ = c j +∆c b +(σ no +∆σ nb )tanφ j mechanism in ACC structure

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