锚杆支护技术具有强度高、可靠性好、成本低、适应性强等优点,目前是隧道交通、边坡加固、水利水电、煤矿开采等工程领域围岩控制和预防灾害的主要手段。复合岩体是工程中常见的沉积岩体,受沉积环境等因素影响,各岩层力学性质差异较大且具有明显的层理面,导致复合岩体锚杆锚固性能与均质岩体存在明显不同。因此,深入研究复合岩体穿层锚杆应力分布特征及锚固机理,对实际工程中锚杆支护设计及灾害防治具有重要的理论意义和应用价值。本文综合运用理论分析、室内试验、数值模拟和工程实践等手段,围绕复合岩体穿层锚杆载荷传递机制、锚固承载特性和离层作用下锚杆受力特征开展了理论与试验研究,取得了如下创新性研究成果:（1）针对锚固界面的非线性力学特征和残余强度,建立了考虑残余强度的锚固界面非线性剪切滑移模型,提出了模型参数的确定方法,分析了参数对模型曲线形态的控制规律以及对锚固效果的影响因素。基于锚杆载荷传递力学微分方程,采用载荷传递法建立了单层岩体和复合岩体锚杆拉拔载荷传递模型,在Matlab软件平台上开发了单层岩体和复合岩体锚杆应力分布的计算程序,实现了锚固段锚杆轴力、界面剪切位移和界面剪应力等分布特征的求解计算。（2）通过室内短锚拉拔试验,分析了软、硬岩层锚固界面破坏形态和非线性力学特征,得到了软岩层和硬岩层锚固界面非线性剪切滑移关系,验证了考虑残余强度的锚固界面非线性剪切滑移模型的合理性。通过室内锚杆拉拔试验,分析了单层岩体和复合岩体锚杆拉拔特性,验证了单层岩体和复合岩体锚杆拉拔载荷传递模型和锚杆应力分布计算程序的可行性。（3）基于单层岩体和复合岩体锚杆拉拔载荷传递模型和锚杆应力分布计算程序,分析了单层岩体不同锚固长度下锚固界面渐进失效全过程,揭示了软硬组合复合岩体中岩层层序、层厚、位置和分层数等因素对锚杆载荷传递和锚固承载特性的影响规律。（4）建立了复合岩体离层作用下穿层锚杆载荷传递模型,得到了基于锚固界面线性剪切滑移关系的锚杆应力分布特征的力学方程和解析解。提出了一种利用fish语言将锚固界面非线性剪切滑移关系导入Flac3D模拟软件的方法,得到了离层作用下锚杆轴力和界面剪应力演化特征,揭示了离层值、离层位置和离层数量对软硬组合复合岩体锚杆应力分布的影响规律。（5）基于锚固界面非线性剪切滑移模型,提出了复合顶板巷道支护参数优化设计方法。以漳村煤矿厚煤层托顶煤动压巷道支护为工程背景,分析了巷道围岩变形破坏的原因,提出了巷道支护参数优化设计方案。现场应用效果良好,验证了复合顶板巷道支护参数优化设计方法的有效性和合理性。本研究论文有图155幅,表19个,参考文献194篇。