煤炭学报

作者：赵延林, 张敏真, 唐雯钰, 吴秋红, 罗睿, 李天尧, 罗曦明, 刘钊,

关键词：三轴压缩试验, 异性结构面, 起伏角, 锚杆锚固, 强度预测模型,

矿山锚喷支护的岩壁−混凝土喷层是一种典型的岩石−砂浆加锚异性结构面，为了探究锚喷支护的岩壁−喷层界面的力学行为，开展了三轴压缩下岩石−砂浆无锚与加锚异性结构面试件力学特性试验研究。采用MTS 815岩石力学试验系统进行了三轴压缩下岩石−砂浆无锚与加锚异性结构面试件力学特性研究，试验围压为10、15、20、25 MPa这4个系列，岩石−砂浆异性结构面设置为等腰三角形锯齿状，起伏角为30°、45°及60°。分析了锚杆锚固及围压对岩石−砂浆异性结构面力学特性及破坏模式的影响，同时对压缩试验过程中的声发射信号进行监测，并对破裂后结构面进行三维形貌扫描，最后建立了加锚倾斜异性结构面岩石的抗压强度预测模型。结果表明：岩石−砂浆异性结构面试件的峰值强度随围压以及结构面起伏角度的增加而增加，砂浆基体主导了岩石−砂浆无锚异性结构面试件的偏应力−应变曲线的走势。加锚后岩石−砂浆异性结构面试件的峰值强度提升明显，且试件承受塑性变形的能力大幅提升，在试件发生破裂后依旧能承受较大应力，偏应力−应变曲线呈现双峰值特性。对比加锚前后的岩石−砂浆异性结构面试件的破坏模式，发现无锚试件沿异性结构面剪切滑移破坏，在锚固后试件呈现“X”状共轭剪切破坏。对比加锚前后的岩石−砂浆异性结构面试件在三轴压缩下的声发射特性，发现试件锚固后的声发射信号在加载前期较稀疏，但在试件发生宏观破裂后振铃计数信号更密集，这代表锚固后在试件发生宏观破裂前锚杆很好地限制了试件内部微小裂隙的产生，在发生宏观破裂后锚杆更好地使结构面本身性能得到发挥。在对破裂后结构面进行三维形貌扫描后，发现岩石结构面磨损小于砂浆结构面，锚固后结构面磨损程度减小。将试验结果与强度预测模型结果对比，在不同结构面粗糙度下，其预测强度平均误差为6.64%，验证了预测模型的可靠性。

来源：2025年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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