煤炭学报

作者：蔚立元, 丁敏杰, 鞠明和, 张庆贺, 代连朋, 张志镇, 潘东江, 程如意,

关键词：锚杆支护, 循环冲击, 动载响应, 累积损伤, 应力波传播,

为探究锚固体结构在循环冲击荷载作用下的动态响应与损伤破裂机制，采用理论分析、室内试验与数值模拟相结合的方法，开展了端锚锚固体在“多次低能冲击+少数高能冲击”荷载路径下的动态力学行为研究。基于一维应力波理论和Kelvin弹性解，建立了锚杆中应力波传播与叠加的解析模型，并依托自主研发的锚固体结构冲击试验系统，定量研究并分析了不同能级动载循环冲击下锚固系统的动态力学行为与损伤破裂过程。结果表明：锚杆自由段存在明显的应力波叠加效应，应力峰值呈现分段式分布特征；锚固段内应力波随传播距离呈指数衰减，并测得锚固−自由界面的反射系数为0.332，反映了波阻抗不匹配导致的应力波显著反射特性。在循环冲击过程中，锚固界面呈现明显的渐进失效特征，破裂由锚固−自由界面处萌生并逐渐向深部扩展，形成“复合破坏区−损伤前沿区−无损区”的三段式破坏形态；锚固体结构累积位移随冲击次数呈阶段性非线性增长，尤其在超能量阈值后，高能冲击诱发的单次最大位移跃升至5 mm，界面已由微损伤累积进入宏观塑性破坏状态。数值模拟结果进一步揭示了损伤累积与应力波传播的相互作用机制，即锚固体结构的界面损伤从锚固−自由界面附近萌生并向内扩展，导致能量耗散机制从黏结滑移主导(衰减系数α=0.35)转变为接触摩擦主导(α降至0.12)，从而引发应力波衰减特性突变。研究结果不仅再现了循环冲击载荷下锚固体结构的性能劣化过程，也为深部高应力冲击危险巷道的支护参数优化设计与稳定性动态评估提供了重要的理论参考与数据支撑。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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