锚杆支护已经成为岩土工程领域必不可少的支护方式,普通锚杆经常发生拉断失效现象,无法适用于发生大变形失稳破坏的岩土工程。鉴于此,何满潮院士于2010年设计并研发了具有负泊松比效应的恒阻大变形锚杆,该锚杆已成功的应用于煤矿、边坡等工程领域,取得了良好的实用效果。本文采用数值试验基本方法,进一步研究各种工况下恒阻大变形锚杆支护机理。主要完成了以下研究内容:(1)得出恒阻大变形锚杆可吸收能量方程,当恒阻大变形锚杆可吸收能量等于围岩体释放能量时,在围岩体内打入恒阻大变形锚杆,可以做到“抗中有让,让中有抗,恒阻吸能防灾”。(2)利用RFPA静力学版软件对恒阻大变形锚杆进行单轴拉伸数值试验,研究恒阻大变形锚杆的拉伸力学性能。试验结果表明,恒阻大变形锚杆拉伸断裂后塑性应变是弹性应变的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在345.07—347.26MPa范围内波动,且波动较为稳定,表明此种锚杆具有良好的恒阻特性,数值试验结果与何满潮院士的室内实验结果吻合度较高,验证了数值试验方法的准确性和可靠性。以此为依据,进一步研究荷载作用下恒阻大变形锚杆和围岩相互作用原理,分析锚固岩体的受力特征和变形破坏特征,并对比分析普通锚杆和恒阻大变形锚杆的支护效果,通过对比分析可知,恒阻大变形锚杆的支护效果优于普通锚杆的支护效果。此外,在一定厚度的岩体中加入恒阻大变形锚杆后,岩体会发生多处开裂现象,而恒阻大变形锚杆未被拉断,在锚杆表面上产生大量的剪切模式的声发射。具有竹节式效应的恒阻大变形锚杆有很大的恒阻力(主要体现在此种锚杆在受力后随围岩变形可发生的很大塑性变形)和负泊松比段的横向扩张特性,能有效的提高锚杆的锚固作用,正是基于以上原因,当负泊松比段位于杆体的不同位置时此种锚杆具有多点锚固、全长锚和端锚的锚固作用。(3)采用RFPA动静组合版软件研究静载荷和动载荷同时作用下普通锚杆和恒阻大变形锚杆支护效果。通过对比可知,恒阻大变形锚杆可有效控制巷道围岩的变形量和变形速率,降低了声发射累积数总量和增长速率,使模型中单元所受应力减小,保护了巷道的稳定性。验证了恒阻大变形锚杆比普通锚杆具有更好的抗冲击力学性能,为防治岩爆等动力灾害提供了有效途径。(4)分析了断层和边坡发生滑动破坏的前兆信息,即“应力突降,灾变发生”。断层滑动破坏前,声发射数量和声发射能量出现小幅度上升,与应力表现出相反的规律。边坡滑动破坏前,当应力由最大值开始下降时,声发射数量开始出现明显上升现象,二者显示出相反的规律。(5)对蒙华铁路中阳山隧道的钻爆掘进过程进行全天候连续实时微震监测,分析微震事件波形特征。通过记录到的微震监测数据,探讨隧道顶板破坏过程中岩体内部损伤劣化与微震活动性之间联系。研究结果表明,利用微震监测系统可监测到隧道顶板变形破坏的前兆信息,即微震事件频次和微震能量在顶板破坏全过程中出现“平静期”和“活跃期”,并出现两次峰值,第二次峰值时围岩顶板发生破坏;通过微震事件时空强分布规律和微震事件密度云图可圈定围岩顶板破坏范围和强度。根据阳山隧道地质条件,建立数值模型,分析恒阻大变形锚杆对隧道围岩的影响。通过数值试验结果可以看出,声发射数量和声发射能量均出现较大幅度降低,抑制了围岩顶板的变形破坏。