在循环剪切载荷作用下，螺栓-树脂-岩石锚固系统的动态力学响应及脱粘失效机理

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Dynamic mechanical responses and debonding failure mechanisms of a bolt–resin–rock anchoring system subjected to cyclic shear loading

本研究分析了螺栓-树脂-岩石复合锚固系统在循环剪切荷载下的力学响应与脱粘机制，发现初始法向力、位移幅值、频率及岩石类型显著影响承载性能，脱粘主要发生在初始循环阶段，并受岩石类型调控。

　　

摘要

本研究探讨了在循环剪切载荷作用下，螺栓-树脂-岩石复合锚固系统的力学响应和脱粘机制。系统分析了初始正常载荷（F_sd）、循环剪切位移幅度（u_d）、频率（f）以及岩石类型对剪切载荷、正常位移、剪切磨损特性和应变场演变的影响。实验结果表明，当F_sd从7.5 kN增加到120 kN时，峰值剪切载荷和残余剪切载荷均呈现上升趋势，增幅分别为1.98%至35.25%和32.09%至86.74%。每个循环的最大剪切载荷随循环次数的增加而减小，减小速率逐渐放缓并趋于稳定，这表明剪切磨损主要发生在初始循环剪切阶段。在循环剪切过程中，正常位移随剪切位移呈螺旋状减小，表明存在持续的剪切收缩现象。螺旋曲线呈现出向上分布稀疏、向下分布密集的趋势，后期循环主要表现为沿原有剪切断裂面的动态滑动，这一现象在煤岩中尤为明显。锚固系统的承载能力随岩石类型的不同而变化，其影响因素包括煤岩的强度（煤岩）、砂岩#1和砂岩#2中的树脂-岩石粘结强度（强度依次递增）、砂岩#3中的树脂-岩石粘结强度及树脂整体强度（强度依次递增），以及石灰岩中的树脂强度和螺栓-树脂粘结强度。循环剪切载荷会导致界面各向异性退化，表现为应变集中度的增加和树脂-岩石界面的主要脱粘现象，损伤程度受岩石类型的调控。