一、科学问题属性

近年来，随着我国能源开采强度与基础设施规模逐年增加，一大批埋深超过千米的矿山巷道、交通隧道、水工隧洞等深部地下工程不断涌现。受深部高地应力、强开挖卸荷效应影响，巷（隧）道开挖后地层岩体原生裂隙大范围贯通，围岩整体处于峰后碎裂状态，大变形、强流变特征明显，稳定控制难度极大。

预应力锚索作为深部地下工程最常用的一类支护技术，现场一般采用树脂药卷进行锚固安装，施工完毕后为一由内部树脂锚固段与外部自由段组成的非全长锚固方式。由于自由段索体与围岩之间缺少粘结保护，或受树脂搅拌质量不佳引起的锚固缺陷影响，在高应力碎裂围岩挤压滑移与扩容变形作用下，锚索拉剪与拉脱失效现象非常普遍，甚至诱发断锚伤人与顶板冒落等灾害事故，给深部矿井安全高效生产带来严重威胁。然而，由于影响锚索失效因素众多，关于剪切角度与锚固缺陷等因素影响下锚索拉剪-拉脱失效特性尚不清晰，导致难以为锚索破断失效问题提供科学防控。

预应力全锚支护通过在内部端锚后施加预应力，然后再进行全长锚固，既可保证预应力在围岩内充分扩散，又可实现索体沿全长范围对围岩粘结约束，是控制围岩变形破坏的有效方式。但应指出，该种支护与“传统全长锚固后再施加预应力”引起的锚索安装初期受力状态及预应力扩散特征存在本质区别。目前，关于预应力全锚支护与碎裂围岩之间相互作用机理认识尚不清晰，导致预应力全锚支护中内（外）锚固段参数合理选取尚缺乏理论依据，制约锚索科学设计与施工，是亟需解决的关键问题。

本项目面向深部围岩稳定控制与锚索支护工程需求，围绕“锚索破断失效频发与支护设计依据不完善”的瓶颈问题，阐明剪切角度与锚固缺陷等因素影响下锚索拉剪-拉脱失效特性，提出失效判据、本构关系与预应力全锚支护精细化模拟方法，揭示碎裂围岩预应力全锚支护控制机理，形成预应力全锚支护稳定分析方法，改进研发提出新型高强全锚充注材料及工艺，为深部工程锚索支护设计与围岩稳定控制提供理论支撑及技术保障，具有重要工程价值与广阔应用前景。

二、项目摘要

高应力作用下深部碎裂围岩滑移扩容变形易诱发锚索拉剪与拉脱失效，预应力全锚支护是控制围岩变形破坏有效方式，但支护作用机理尚不清晰，是制约深部巷道锚索支护科学设计与应用的瓶颈问题之一。本项目基于自主研发的多功能锚固试验系统，首先开展碎裂围岩锚索拉剪与拉脱力学试验，揭示剪切角度与锚固缺陷等因素影响下锚索拉剪-拉脱失效特性；其次，建立锚索拉剪-拉脱失效判据与本构关系，并将其嵌入现有离散元软件，提出预应力全锚支护精细化模拟方法；再次，基于锚固复合体力学试验与精细化数值模拟，揭示深部碎裂围岩预应力全锚支护的协同承载特性与相互作用机理；最后，构建基于锚固分区强化的巷道全锚支护分析模型，提出预应力全锚支护稳定分析方法与合理支护参数建议值，改进研发提出新型高强全锚充注材料及工艺，形成完善的预应力全锚支护理论与技术体系。研究成果可为深部巷道锚索支护设计与围岩稳定控制提供理论支撑。