煤炭学报

作者：陶志刚, 任树林, 何满潮, 夏敏,

关键词：深部地下空间, 微观NPR钢, 能量吸收特性, 锚固抗剪实验特性, 静力拉伸特性,

资源开采和地下空间建设逐渐向深部发展，给深部围岩支护体系带来了新的挑战，研发具有高强高韧、超强吸能、可施加高预紧力的围岩支护材料势在必行。基于此，自主研发了一种高强度、高延性，具有微观负泊松比效应的锚杆钢新材料，又称微观NPR（Negative Poisson’s Ratio）材料，这种材料可以被用于加工成锚杆、钢筋、锚索、钢带等多种类型的工程应用材料。本文重点针对微观NPR锚杆钢的锚固剪切力学特性进行实验研究，首先介绍了PR（Poisson’s Ratio）材料、宏观NPR结构和微观NPR材料的基本概念及研发历史；然后开展微观NPR锚杆钢和普通PR锚杆钢的静力拉伸及锚固剪切实验；最后对比分析微观NPR锚杆钢的破坏形态、拉伸力学性能以及锚固抗剪力学特性。实验结果表明，在静力拉伸条件下，相较于普通锚杆钢，微观NPR钢拉伸曲线无屈服平台，具有恒阻大变形的准理想弹塑性特征，大大提高了锚杆材料的强度和变形性能，且其拉伸过程中均匀变形，破断后基本无颈缩；在锚固剪切实验条件下，加锚节理岩体在剪切荷载作用下具有显著的延性破坏特征，有效改善了无锚固节理岩体脆性破坏现象，微观NPR锚杆钢所能提供的抗剪强度远高于普通锚杆钢，并且其承受横向剪切变形能力是普通锚杆钢的2.5倍以上。实验证明微观NPR锚杆钢能够很好的平衡金属材料高强度和高延性的矛盾，极大提升了锚杆钢抗拉、抗剪能力，从材料本质上实现了锚杆的大变形超强吸能特性，在深部地下空间大变形控制等方面具有良好的应用前景。

来源：2022年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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