Page 86 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 卢毓崟，等： 层理倾角与锚固方式耦合作用下砂岩的动态力学特性 第 6 期

to analyze the coupling effects of bedding dip angle and bolt support method on the dynamic strength, energy evolution, and
failure modes of the rock mass. Additionally, fractal theory was employed to quantitatively characterize the fracture
characteristics of the specimens. The results indicate that the strength of unanchored specimens initially decreases and then
increases with increasing bedding plane angle, exhibiting a V-shaped curve. After anchoring, the strength of specimens
improves significantly, and as the anchor length increases, the curve transitions to an inverted V-shape. From an energy
perspective, the transmitted energy trends of all four specimen types are similar to their strength trends. As the bedding plane
angle increases, the reflected energy curve shows an inverted V-shape, the transmitted energy gradually decreases, while the
dissipated energy increases. The anchoring method primarily affects the overall level of the curves. The fragments of the
specimens after failure exhibit distinct fractal characteristics, with the fractal dimension curves showing an inverted V-shape
influenced by the bedding plane angle. Full-anchor specimens display the least fragmentation, while no-anchor specimens
experience the most severe damage. Based on this, the unit dissipated energy index was calculated, revealing a V-shaped curve.
Full-anchor specimens exhibit the highest overall unit dissipated energy index, indicating their superior resistance to damage.
The findings of this study can provide a reference for anchor support design in layered rock mass engineering.
Keywords: impact load; anchoring method; bedding plane angle; mechanical response

层状岩体作为工程中最常见的结构之一，其软弱结构面严重削弱岩体的整体强度，极易发生开裂塌
方等工程事故，严重限制工程施工效率。对此，锚杆以其经济方便加固效果好等优点，广泛应用于工程
实际中，由于锚固方式的多样性，其产生的锚固效应在冲击荷载下对存在明显结构弱面岩体的强化效果
尚不明晰，亟需开展相关研究。
[2]
[3]
近年来，相关学者针对包含层理弱面的岩体开展了大量研究，从流变 、静载 及动载 等多应变率
[1]
范围内开展试验，并通过预制类岩石试样加载、数值模拟及构建本构模型等手段对影响层理面削弱效应
[5]
如试样尺寸大小、层理密度及不同岩石介质等因素进行分析 。Zhang 等 研究发现，层理面数量的增加
[4]
使得岩体的内摩擦角减小；田永超等 [6] 指出不同层理倾角下试样强度随层理数量增加变化趋势存在差
异，45°时呈减小趋势，90°时呈增大趋势。在动载作用下，应变率效应使得层状岩体的力学特性相较于静载时
[7]
有所改变；Fan 等 发现冲击荷载下层理面对试样强度的影响效应小于加载速率；Tian 等 通过对波阻抗
[8]
差别较大的复合层状岩体进行加载，发现应力波由硬岩向软岩传播时增大；Liu 等 对不同倾角板岩开展了
[9]
动态及巴西劈裂试验，发现试样峰值强度随倾角增加呈增大趋势，试样各向异性随加载速率的提高而减弱。
可以发现，因岩体中层理倾角的存在所导致的各向异性对强度的影响显著，针对存在缺陷的岩体，
锚杆以其经济效果好等优点多用于岩体加固 [10] ，相关学者从锚杆抗拉抗剪强度 [11-12] 、锚固方式 [13-15] 及预
应力大小 [16] 等开展了相关研究：Gong 等 [17] 对多节理锚固岩体进行单轴压缩试验，当试样节理角为 30°、
锚固角为 0°时锚固效果最好；Zhu 等 [18] 研究了顺层岩体中锚杆数对强度的影响效应发现试样强度随锚
杆数增加而提高；Chen 等 [19] 探究了静载下锚固方式对层状岩体强度的作用效果，发现全长锚固强化幅值最大；
Li 等 [20] 采用万能试验机分析了不同锚固角度对试样各向异性的影响，发现试样强度的增量取决于构件
材料的相对体积含量；Li 等 [21] 对完整类、含缺陷类和锚固含缺陷类岩试件进行了一系列试验，综合探究
锚杆数量及锚固角度的影响；邱鹏奇等 [22] 在锚固体加入应变片后进行冲击试验，分析了锚杆和岩体两者
协同变形情况与试样强度的关联性；陈士海等 [23] 基于室内电火花技术对比了不同锚固方式下锚固段和
自由段的应变大小及变形特征。
不难发现，学者们对层理岩体弱面和锚固作用开展了大量研究，但对高应变率下不同锚固方式与层
理倾角耦合对岩体力学响应影响的研究较少。在高应变率下，锚固方式产生的强化效果随层理倾角增
∅ 75 mm 分离式霍普金森压杆试验
大对岩体抗拉、抗剪强度的提升幅度存在差异。基于此，本文中利用
装置，选用 0°、15°、30°、45°、60°、75°和 90°等 7 种层理倾角的试样，分别设置无锚试样、端锚试样、半锚
试样和全锚试样进行冲击压缩试验，分析讨论冲击荷载下不同层理倾角和锚固方式对岩体力学特性、能
量演化及破裂分形的影响规律，以期为层状岩体工程锚固支护提供参考。

061421-2