随着煤矿开采深度的不断加大,巷道围岩表现出软岩特性,此类巷道极易出现非线性大变形的现象,主要表现为围岩破碎严重,巷道收敛量大且持续时间长,锚杆等支护结构失效增多,围岩稳定性控制困难等。而一些锚杆种类由于自身结构或材料的限制,不能适应围岩大变形,无法通过与围岩协调变形有控制的释放围岩内部能量,难以实现支护结构-围岩共同维护巷道稳定性的效果。本文针对软岩巷道的大变形问题,研制一种全长粘结大变形让压锚杆,并通过理论分析、室内试验及数值模拟相结合的方法对该锚杆的力学特性进行了研究。(1)介绍了该锚杆的结构特点及工作原理,通过理论分析得到粘结力计算公式,并分析粘结失效机理;基于金属塑性加工理论,得到杆体与波纹套筒之间相互作用力计算公式。另外,分别选用304不锈钢、GCr15圆钢作为波纹套筒及杆体的材料,并对选用材料进行力学性能试验;同时,通过设计测试试验检验理论计算公式及选用材料的合理性。(2)通过设计粘结力测试试验、非粘结及全长粘结状态下锚杆拉拔试验,展开了该锚杆力学特性的试验研究,结果表明:粘结力整体呈波形变化且极大值不断减小,极小值变化较小。在非粘结及全长粘结状态下,让压阻力整体都呈现波形变化;全长粘结状态下的杆体轴力与非粘结状态下让压阻力变化规律相同,粘结力变化规律与粘结力测试试验结果一致,但各试件粘结力峰值相差较大(最多相差约35kN);两种状态下阻力极大/小值变化规律基本相同,但全长粘结状态下的让压阻力极小/大值较非粘结状态平均增加了9.94kN/10.70kN,增加幅度为150.6%/35.2%。在波纹高度h为1.0mm及锥面角度α为10°的条件下,当套筒壁厚δ为3mm时,非粘结及粘结状态下的让压阻力界值分别为60.49kN和 71.19kN。(3)利用ABAQUS数值模拟软件,进行了非粘结及全长粘结状态下的锚杆拉拔数值模拟试验,结果表明:随着套筒壁厚δ的增加,非粘结状态下的让压阻力增长速度不断提高,相较于壁厚δ为1.5mm的增长速度,当壁厚δ为3.0mm时,增长速度提高了 204.84%;随着波纹高度h的增加,非粘结状态下的让压阻力增长速度反而不断降低,波高h为1.0mm的增长速度比波高h为2.0mm的增长速度提高了 63.93%;随着锥面角度α的增加,非粘结状态下的让压阻力增长速度不断提高,相较于锥角α为5°的增长速度,当锥角α为25°时,增长速度提高了 250.67%,同时全长粘结状态下的套筒波谷处应力峰值分布范围不断扩大。在非粘结及全长粘结状态下,波纹套筒各部位应力变化规律一致,波纹面在让压变形过程中处于较高应力状态,存在一定破坏风险;全长粘结状态下的主杆体轴向方向上的应力数值和变形量都不断减小,结合数值模拟及拉拔试验结果,提出锚杆优化方案。