随着浅部资源的逐渐枯竭,国内外岩石工程均向岩体深部发展,在深部高地应力条件下,广泛存在于煤矿山和非煤矿山、隧洞、边坡等众多工程中的脆性岩体破坏导致的诸多特殊工程灾害(如岩爆、冲击地压等)表现更为突出,给工程设计、施工带来巨大挑战的同时,更严重威胁了现场施工人员的生命、财产安全。尽管巷道或隧洞等均已采取一定的支护措施,但围岩失稳灾害依然频现,同时支护措施下的围岩失稳破坏具有的隐蔽性和滞后性特点往往让人防不胜防,增大了对岩爆、冲击地压等脆性围岩动力灾害预测及防治的难度。本文在国家自然科学基金项目(51674116)的资助下,系统开展了单轴压缩条件下加锚砂岩破裂及声发射特性的加载速率效应研究工作。主要内容及结论如下:(1)根据现有锚杆支护措施下深部硬脆性岩体工程失稳现象频现,并多表现为浅表局部破坏的特点,对加锚砂岩进行了0.001、0.005、0.01、0.05和0.1mm/s等五种低应变率加载工况下的单轴压缩试验。试验结果表明:各加载速率条件下,无锚试样最终均表现为拉剪破坏,对加载速率的高低变化并不敏感;加锚试样均表现为剪切破坏,大部分加锚试样主要表现为剪切破裂面与锚杆轴向平行,0.01、0.05和0.1mm/s加载速率时会有部分加锚试样的剪切破裂面与锚杆轴向相交。(2)探讨了锚杆及加载速率影响脆性岩体单轴破裂的破坏机制。当锚杆锚固形成的等效锚固力与潜在的剪切滑移面平行时,大部分加锚试样的破坏形式主要表现为剪切破裂面平行于锚杆轴向。当锚杆布置方向与潜在滑移面α相平行,而穿过潜在滑移面β时,在0.001,0.005mm/s加载速率时,出现剪切破裂面平行于锚杆轴向的情况;0.01,0.05,0.1mm/s加载速率时,出现加锚砂岩破坏时剪切破裂面与锚杆轴向成一定角度的现象。(3)结合声发射试验,比较了单轴压缩条件下无锚试样与加锚试样的声发射特性的差异。声发射信号表明,各加载速率下无锚试样的弹性应变能均积聚到试样整体破坏时才释放,而加锚试样储存的弹性应变能可在应力峰值前得到充分地释放。声发射RA值随时间的分布与其内部裂纹的萌生及扩展具有良好的对应关系,有助于进一步认识岩石内部裂纹的萌生及扩展规律。(4)从锚杆锚固机制、试样破裂模式、能量释放等方面探讨了锚杆对屈曲型岩爆的控制机制,锚杆锚固形成的等效组合梁很大程度上降低了层爆的发生,消弱和降低了屈曲型岩爆的发生强度和频率;锚杆锚固破坏了岩爆的孕育过程,起到了控制层裂屈曲型岩爆的作用;加锚试样破坏时可释放的动能所占外界输入岩石的能量比例减少,降低了岩爆的孕育能力和发生的烈度,达到了控制层裂屈曲型岩爆的作用。(5)基于加锚砂岩的单轴压缩试验,探讨了高地应力下大断面煤巷防冲锚固控制技术。高地应力下大断面煤巷防冲锚固控制技术的关键在于须选用同时具有高强度、协同支护和防冲击特性的锚杆和锚索等支护体系,基于这种支护理念,提出“锚带网索+锚索梁+槽钢梁配锚索护帮”的加强支护措施。对深部平巷的支护控制表明,在此防冲锚固技术的控制下巷道围岩在掘进期间未发生明显的破坏,对巷道具有良好的支护和加固作用。