弹性后效现象：在外力到达屈服应力时，开始卸载初期，应力—应变曲线比较陡，但当卸载接近结束时则较平缓，甚至当完全除去应力后，还有部分变形恢复，此即弹性后效现象。 后效弹性变形：变形卸载后需要经过一定时间才恢复。
莫尔强度理论：莫尔于1900年提出了莫尔强度理论，认为材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到一定的限度，而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。即材料发生破坏除了取决于该点的剪应力，还与该点正应力相关。这是目前岩石力学中应用最广泛的理论。岩石沿某一面上的剪应力和该面上的正应力理论可表述为三部分：一、表示材料上一点应力状态的莫尔应力圆；二、强度曲线；三、将莫尔应力圆和强度曲线联系起来，建立莫尔强度准则。
强度曲线的主要用途：①在强度曲线横轴上，受拉区为由原点向左的区域，受压区为由原点向右的区域。②利用强度曲线可预测破坏面的方向。③直接判断岩石是否破坏。
圆孔周围应力场分布：①在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态，即σt>0，σr>0；②应力大小与弹性常数E、μ无关；③σt、σr的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面；④双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应力，其最大应力系数K=2，且与孔径的大小无关，当σt=2γH超过周边围岩的弹性极限时，围岩将进入塑性状态；⑤其他各点的应力大小则与孔径有关，若定义以σr高于1.05σ
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或σr低于0.95σ
为巷道影响圈的边界，则σt的影响半径Rt=20r1≈5r1，工程上有时以10%作为影响半径
则σt的影响半径Rt≈3r1。有限元计算常去5 r1的范围作为计算域；⑥在双向等压应力场中圆孔周围任意点的切向应力σt与径向应力σr之和为常数，且等于2σ1。
采场上覆岩层活动规律假说:1、研究意义：由于采矿工程涉及到岩层内的原岩应力场以及岩体性质的复杂性，因而从一开始人们就对采场的矿山压力显现现象提出了各种不同的解释，这种解释是揭示矿山压力显现现象内在联系的推测或科学的概括，故称为矿山压力假说。因此，矿山压力假说对岩层控制具有指导意义。 2、研究内容： 1）压力拱假说：
认为：回采空间上方形成自然平衡拱（压力拱）；工作面始终处于拱的保护之下；工作面前进，拱脚随之前进。
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评价：可解释免压现象；但对拱的特性、岩层移动时各层的力学关系未作分析。 2）悬臂梁假说：
认为：顶板垮落后，煤壁上方岩层以悬臂梁形式存在（含组合梁），随工作面推进周期性垮落，产生周期性来压。
评价：可解释工作面前方出现支承压力、周期来压及下沉量和支架载荷近煤帮处小现象；但悬臂梁本身计算顶板下沉量和支架载荷与实际所测数据相差甚远，同时该假说没有对层位间的力学关系进行解释。 3）预成裂隙假说：
认为：由于开采的影响，回采工作面上覆岩层的连续性遭到破坏，从而成为非连续体，在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区和采动影响区，随着工作面的推进，三个区域同时相应前移；由于工作面前方支承压力作用，导致顶板岩体破坏，形成矿压裂隙，使岩体塑性增大，可将其视为“假塑性体”；在变形移动的过程中，各岩块间相互挤压，形成“预应力梁”；在自重及载荷作用下，产生假塑性弯曲（岩块间相对滑移），发生顶板下沉和垮落；要管好顶板，必须加大支架初撑力和工作阻力，并及时支撑顶板岩层。
评价：预成裂隙是否普遍存在，有待考证。 4）铰接岩块假说：
铰接岩块假说由原苏联的r．H．库兹涅佐夫于1950～1954年提出，他认为上覆岩层的破坏可分为垮落带和其上的规则移动带，垮落带分上下两部分，下部分岩块杂乱无章，上部分整齐排列，但无水平方向有规律的水平挤压力联系，规则岩块间可以相互铰合而形成一多环节的铰链并规则地在采空区上方下沉，该假说认为工作面支架存在两种不同的工作状态，当规则移动带下部岩层变形小而不发生折断时，垮落带岩层和规则移动带就可能发生离层，在这种情况下，支架最多只承受折断的垮落带岩层（相当于直接顶）的全部重量，称为支架处于“给定载荷状态”；当直接顶受老顶影响折断时，支架所受载荷和变形取决于规则移动带下部岩块的相互作用，载荷和变形将随岩块的下沉不断增加，直至岩块受已垮落岩石的支承达到平衡为止，这种情况称为支架的“给定变形状态”。铰接岩块间的平衡关系为三铰拱式的平衡。该假说已接近现代矿压理论的主要观点，但缺乏岩块间的力学分析。
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认为：采空区冒落矸石在规则冒落带以上，已断裂的岩块在下移过程中，互相咬合，彼此牵制，当水平力较大时，可形成三铰拱平衡。
评价：正确地阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及到岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”；但此假说未能对接岩块间的平衡条件作进一步探讨，因而不能对各类不同强度的顶板岩层中所出现的不同力学现象做出正确的解释。 5）我国学者在岩体结构力学模型上的发展：
认为：上覆岩层可以划分为若干组，每组以坚硬岩层为底层，两坚硬岩层间的软岩视为下层硬岩上的载荷和更上层坚硬岩层与下部骨架联结的垫层，与硬岩同步移动，受开采影响，坚硬岩层断裂前排列整齐，相互间由水平挤压形成铰接关系，铰接岩块在某些条件下可以形成平衡体，软岩层视为无数垂直的“杆”， 最上层表土层视为均布载荷，岩块回转到水平，此时的铰接关系为水平连杆联结关系。
评价：具体地给出了破断岩块的咬合方式和平衡条件，同时还讨论了老顶破断时在岩体中引起的扰动，很好地解释了采场矿山压力显现规律，为采场矿山应力的控制及支护设计提供了理论依据；此假说结合现场观测和生产实践的验证已经得到了公认，对我国煤矿采场矿压理论研究与指导生产实践都起到了重要作用。
锚杆支护理论及发展：锚杆支护是一种主动支护形式 ,代表了巷道支护的发展方向。在锚杆支护设计过程中 ,锚杆支护理论是设计的基础 ,是支护设计的关键部分。但是目前国内外主要采用传统的悬吊、 组合梁、 组合拱三大理论进行锚杆支护参数设计 ,存在很多的问题。虽然国内最近几年对锚杆支护理论有了一些研究 ,但还应该进一步完善 ,对锚杆支护机理还没有统一的认识 ,还缺乏一种行之有效的理论计算方法。所以应加大对某些理论的研究力度 ,改善实验装置 ,发明高精度的监测仪器。
A 、目前国内外对锚杆支护的机理研究较多 ,可归纳为以下几种: 一、悬吊理论：
1952 年路易斯 阿· 帕内科(Louis A· Panek)等发表了悬吊理论 ,悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上。
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对于回采巷道揭露的层状岩体 ,直接顶板均有弯曲下沉变形趋势 ,如果使用锚杆及时将其挤压 ,并悬吊在老顶上 ,直接顶板就不会与老顶离层乃至脱落。锚杆的悬吊作用主要取决于所悬 密度及强度等因素的吊的岩层的厚度 ,层数及岩层弯曲时相对的刚度与弹性模量 ,还受锚杆长度、
影响。这一理论提出的较早 ,满足其前提条件时 ,有一定的实用价值。但是大量的工程实践证明 ,即使巷道上部没有稳固的岩层 ,锚杆亦能发挥支护作用。例如 ,在全煤巷道中 ,锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的 ,说明这一理论有局限性。 二、组合梁理论：
组合梁理论认为巷道顶板中存在着若干分层的层状顶板 ,可看作是由巷道两帮作为支点的一种梁 ,这种岩梁支承其上部的岩层载荷。传播表面波为主的振动。
成一个整体的组合梁 ,防止岩石沿层面滑动 ,避免各岩层出现 使用锚杆将各层 “装订”
离层现象。在上覆岩层荷载作用下 ,这种较厚的组合梁比单纯的迭加梁 ,其最大弯曲应变和应力将大大减小 ,挠度亦减小。而且各层间摩擦阻力愈大 ,整体强度愈大 ,补强效果愈好。但是 ,这种理论在处理岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题时有一定的局限性。 三、组合拱理论
组合拱理论是由兰氏( T A Lang)和彭德(Pender)通过光弹试验提出来的。组合拱原理认为,在拱形巷道围岩的破裂区中,安装预应力锚杆时,在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力,如果沿巷道周边布置的锚杆间距足够小,各个锚杆的压应力维体相互交错,这样使巷道周围的岩层形成一种连续的组合带(拱)。
这个组合拱可承受上部岩石的径向载荷 ,如同碹体起到岩层补强的作用 ,承载外围的压力。组合拱理论的不足是缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步探讨 ,与实际情况有一定差距 ,在分析过程中没深入探索围岩 — 支护的相互作用。 四、最大水平应力理论：
澳大利亚学者盖尔(W J Gale)在 20 世纪 90 年代初提出了最大水平应力理论。该理论认为:矿井岩层的水平应力一般是垂直应力 1. 3～2. 0 倍。而且水平应力具有方向性 ,最大水平应力一般为最小水平应力的 1. 5～2. 5 倍。巷道顶底板的稳定性主要受水平应力影响 ,且有三个特点: ①与最
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大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小 ,顶底板稳定性最好; ②与最大水平应力呈锐角相交的巷道。其顶板变形破坏偏向巷道某一帮; ③ 与最大水平应力垂直的巷道 ,顶底板稳定性最差。
最大水平应力理论 ,论述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。在最大水平应力作用下 ,巷道顶底板岩层发生剪切破坏 ,因而会出现错动与松动引起层间膨胀 ,造成围岩变形。锚杆所起的作用是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动 ,因此要求具备有强度大、 刚度大、抗剪阻力大的高强锚杆支护系统。 五、围岩强度强化理论：
该理论的要点是: (1)巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域的岩体相互作用形成统一的承载结构。（2）巷道锚杆支护可提高锚固体的力学参数（E 、C 、φ），改善被锚固体的力学性能。 (3)利用锚杆支护 ,可以提高锚固区域岩体的强度 ,可以有效的巷道围岩存在破碎区、塑性区和弹性区，锚杆锚固区的岩体则处于破碎区或处于上述2~3个区域中，相应锚固区的岩石强度处于峰后强度或残余强度，锚杆支护使巷道围岩特别是处于峰后区围岩强度得到强化，提高峰值强度和残余强度。（4）煤巷锚杆支护可以改变围岩的应力状态，增加围压，从而提高围岩的承载能力。（5）巷道围岩锚固体强度提高以后，可减少巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于巷道围岩的稳定。
B、锚杆支护理论发展趋势：
通过对国内外锚杆支护理论研究 ,目前锚杆支护理论实质上是对三大支护理论的进一步补充和完善。而且各种作用机理都有它的适用条件 ,应根据具体条件研究选择支护机理。现有的情况下 , 合理的计算方法 ,理论分析和数值计算与实对锚杆支护机理还没有统一的认识 ,缺乏行之有效的、
际支护情况存在很大的差别。所以应从以下几方面研究支护作用机理。
(1)深入研究围岩松动圈理论。该方法含有专家系统设计法和现场实测设计法的内涵 ,简单直观 ,易为现场工程技术人员所接受 ,且对岩巷有着良好的适应性 ,但对煤巷尤其是动压煤巷的适应性仍有待深入研究 ,故围岩松动圈支护理论与设计方法也是今后发展的方向之一。
(2)开发优秀的岩土工程数值模拟软件。数值模拟方法的实质是 ,利用计算机对通过支护结构系统构造的数学模型、 模拟可能遇到的应力场范围内岩层矿压显现与锚杆支护过程中特性分析 ,评价所选择的各种锚杆支护系统或支护结构的可行性与可靠程度。有限差分程序模拟岩土工程问题有很大的优越性 ,它不但可以处理一般的大变形问题 ,而且可以模拟岩体沿某一弱面产生的滑动变形;
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