Page 88 - 《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

表 1 黄砂岩相关静力学参数
Table 1 Related static parameters of yellow sandstone
−1
−3
层理倾角/(°) 含水率/% 密度/(g·cm ) 波速/(m·s ) 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 弹性模量/GPa 内摩擦角/(°)
0 0.61 2.18 2 423 58.3 4.89 8.32 35.67
15 0.53 2.21 2 431 57.3 4.02 8.19 35.54
30 0.56 2.20 2 460 52.8 3.32 8.21 33.05
45 0.63 2.17 2 495 47.2 2.71 7.26 21.59
60 0.66 2.21 2 517 44.1 2.16 7.17 14.51
75 0.59 2.19 2 530 51.9 2.03 7.25 30.39
90 0.62 2.16 2 577 57.3 1.91 8.22 32.36

1.2 锚固试样制备
锚固试样选择的是天然状态下的岩体。根据相似原则，试验锚杆及锚固剂材料应与实际工程参数
一致。为此，试验锚杆参考常聚才等 [25] 、王斌等 [26] 的试验方案，选择 ∅ 3 mm 的 Q235 螺杆；锚固剂作为锚
杆和岩石之间传递荷载的桥梁，其强度大小直接决定了锚固效应的强化效果，试验锚固剂选用环氧固化
剂和环氧树脂的质量比为 1∶2 的环氧树脂锚固剂。试验锚杆及锚固剂相关力学参数如表 2 所示。

表 2 锚固材料力学参数
Table 2 Mechanical parameters of anchorage materials
材料 抗拉强度/MPa 抗剪强度/MPa 抗压强度/MPa 弹性模量/GPa 泊松比
工程锚杆 200～600 260～600
试验锚杆 515 400
工程锚固剂 ＞60 ＞12 ＞0.2
试验锚杆剂 ＞63.7 14.3 0.22

试验中根据锚固方式设置无锚试样、端锚试样（锚固长度 15%）、半锚试样（锚固长度 50%）以及全
锚试样（锚固长度 95%）等 4 个试验组，具体的锚固试样制备过程如图 3 所示。首先，在试样侧面中点钻
开过形心且垂直于层理面的 4.5 mm 水平贯穿孔，并对孔内进行清理，防止因岩石碎屑等使得锚固剂与岩
石基质的粘结不充分；随后，使用锚固剂对试样孔内壁及螺纹杆表面进行润滑，再将锚杆插入孔内，根据
不同锚固长度要求，通过计算钻孔-锚杆环形空间体积，按设计锚固长度确定锚固剂用量，使用带刻度注
射器实施定量注浆；最后竖直放置试样，养护 48 h 使其充分固化，最后在锚杆拧入螺栓旋紧，至此锚固试
样制备完成。

1.3 试验设备及试验方案
针对高应变率下材料的力学特性研究，霍普金森压杆 (split Hopkinson pressure bar, SHPB) 装置以其
∅ 75 mm 的 SHPB 开展试验：其中压杆材料
可靠稳定的特性脱颖而出，广泛应用于室内试验研究。采用
为 40Cr 高强度合金钢，弹性模量为 210 GPa，密度为 7.85 g/cm ，子弹、入射杆和透射杆长度分别为 500、
3
3 000 和 2 500 mm。试验相关设备如图 4 所示。
相关研究表明，不同锚固材料变形差异过大反而会加剧试样破坏，而不同材料在冲击荷载作用下的
力学特性表现又会产生一定差异 [22] 。基于此，试验中通过预试验选择 0.25 MPa 作为试验气压，得到的冲
击出膛速度在 8.37～8.66 m/s 之间，相对误差为 3.4%，可以忽略因冲击速度不同产生的力学参数差异
性。试验时每种层理倾角工况共 12 块岩样，不同锚固试样每种层理倾角做 3 组平行试验，剔除离散性较
大的结果，取试验平均值作为最终结果。

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