Page 36 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 单仁亮，等： 深部岩体结构面动力特性与致灾效应研究进展 第 6 期

(3) 岩体性质：含结构面的岩体通常力学性质较弱，且结构面的非均质性、节理的发育程度、结构面
的方位与主应力方向等因素都会影响岩体的稳定性。软岩类岩体在高应力下容易发生塑性变形，而硬
岩中结构面滑移可能会引发局部大变形。
(4) 开挖扰动：深部开挖对围岩产生强烈的扰动，破坏了原本的应力平衡。结构面发育的区域，受到
开挖引发的应力集中和卸载作用，容易产生变形，甚至发生大规模的失稳和塌陷。

针对含结构面岩体大变形问题，可以通过
在岩体内布置锚杆或锚索来提高结构面的抗剪
α
强度和整体稳定性 [64-66] 。陶志刚等 [67-68] 研发了 Tensile
force D b D s
具备均匀大变形、颈缩消失及屈服平台消失等
h
实验特征的负泊松比（negative Poisson᾽s ratio，
NPR）锚杆材料，并基于此开发了刚柔结合的大
Shank rod
变形控制支护技术，用于深部工程中的岩体支
Sleeve pipe Cone
护，其结构原理如图 16 [69] 所示。图中：α 为锥体
斜面倾角，h 为锥体长度，D 和 s D 分别为锥体的 图 16 NPR 锚杆结构原理 [69]
b
小端和大端直径。 Fig. 16 Principle of NPR anchor structure [69]
NPR 锚杆的支护原理为：在支护过程中，当围岩压力低于恒定阻力时，围岩保持稳定，锚索杆体仅会
发生微小的弹性变形；一旦围岩压力超过该阻力，恒阻装置则通过结构滑移变形来抵抗围岩的破坏。随
着围岩应力的释放，恒阻装置停止位移，围岩与支护系统重新达到稳定状态 [70] 。

考虑到锚索支护机理，沿结构面的剪切变
形会使锚索承受相应的剪切力，同时由于端锚锚
索的锚固形式，在锚尾与锚固段之间存在很长的
Anchor cable C-shaped tube Pallet Lock tool
自由段，无法对岩层的横向作用起到良好的抑
制，从而可能会导致锚索承受更高的拉力而被剪
断。因此，单仁亮等 [71] 和 Shan 等 [72] 提出了抗剪
Tube seam Cross section
锚管索（anchor cable with C-shaped tube, ACC）支
护技术，可以用于提高锚索的横向抗剪性能，防
图 17 管索组合结构示意图 [72]
止锚索剪切破断，并增强巷道围岩的抗剪切能
Fig. 17 Schematic illustration of the anchor cable
力，阻止岩体大变形，如图 17 所示。
with C-shaped tube [72]
抗剪锚管索是一种组合支护系统，其特点
是在距巷道表面一定深度内，预应力锚索的自由段外侧安装纵向开缝钢管。通过锚索的高预紧力，提供
巷道径向压应力，有效抑制围岩的离层、滑动、裂隙扩展及新裂纹的产生，防止围岩的扩容变形。同时，
外部开缝钢管与包裹索体共同形成的抗剪强度可以抵挡结构面滑移，从而更有效地抵抗围岩发生剪切
破坏 [73-75] 。

4.3 冲击地压及防控技术
冲击地压是指在地下矿山工程作业中，由于岩体内积聚的高应力突然释放，导致岩石或煤体发生急
剧的破坏和变形，产生剧烈的应力释放。目前普遍将冲击地压分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层滑移
型 3 类 [76] ，而深部岩体中存在的结构面主要会导致断层滑移型冲击地压的发生。冲击地压的机理可归结
为能量的积累和释放过程。当深部岩体处于高地应力环境中时，岩体内部会逐渐积累大量的弹性能
量。随着工程开挖的进行，岩体内部的应力重新分布，部分区域会产生应力集中现象，形成应力集中
区。当应力超过岩体的强度极限时，岩体发生脆性破坏，储存的能量瞬间释放，导致围岩失稳并产生剧
烈的冲击效应。
冲击地压的发生源于深部地下工程中复杂的应力环境，主要由以下 3 个因素共同作用引发。

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