粘结式锚杆支护由于其显著的锚固效果已经成为围岩稳定控制的重要手段,但对于其锚固作用机理仍缺乏统一的认识。已有的研究多数将锚杆与围岩作为单独个体分别讨论,忽略了锚杆与围岩作为统一整体的本质特征。本文针对锚杆与围岩协同承载机理这一科学问题,以全长粘结式锚杆为研究载体,将锚杆与围岩作为统一对象,采用物理模拟试验和数值模拟的方法,对不同锚固变量下锚固体的受力特征、变形情况和能量演化规律进行分析,基于协同学的观点从能量角度建立锚固协同效应评价模型,探究全长粘结式锚杆与围岩的协同承载机理。主要研究成果如下:(1)基于相似准则,选用不同的材料模拟软岩和硬岩,通过基本力学测试确定配比并制备模型试样;根据研究内容设计了物理模拟系统,运用先进的数字照相变形量测技术和动态光纤光栅应力测量技术实现了对锚固体模型的加载和数据采集功能。(2)通过物理模拟试验得到了不同围岩条件和锚杆布置方式下锚固体承载能力的影响规律。软岩与硬岩力学特性差异明显,软岩承载能力与储能能力均不及硬岩;加锚围岩的峰值强度、弹性模量和应变能储量均有所提高,体现出正向协同效应,软岩尤为明显;过高的锚杆布置密度会促进裂隙的发育,使锚杆与围岩的协同效应降低,反而不利于围岩的承载。(3)通过对锚杆轴力进行监测发现软岩锚杆轴力上升较早,硬岩锚杆轴力上升有所滞后,表明不同围岩条件下锚杆的承载特性有差异;通过数字照相对模型表面位移进行监测发现软岩表现出显著的塑性破坏特征,硬岩的脆性破坏特征较为明显,加锚后不同围岩的位移均有所减小。(4)通过PFC3D数值模拟得到了不同围岩条件下锚杆布置方式、锚杆长度、锚杆材质和预紧力对锚固体承载能力的影响规律。锚杆布置方式和预紧力对锚杆与围岩承载的协同效应影响显著;锚固作用对软岩的影响相比硬岩更加突出,软岩对各锚固变量的变化更为敏感。(5)锚固作用通过改善围岩的受力状态,在峰值强度前提高围岩的储能能力,在峰值强度后控制能量的释放,使围岩形成良好的自承载结构,拥有较广泛的适应性;软岩储能能力较差,锚固作用使围岩在峰值强度前的力学特性明显改善;硬岩在峰值强度前锚杆利用率较低,锚固作用使围岩在峰值强度后的应变软化特征明显改善。