在当前的隧道节理围岩支护体系中,锚杆是一种广泛使用的支护方式,经过几十年的实践,锚杆对于节理围岩加固起到了很重要的作用,但是锚杆在隧道节理围岩支护体系中到底发挥怎样的作用还是不太清楚,尤其是在节理围岩锚杆荷载传递规律及锚固功效方面的研究仍以定性经验为主。根据国内外岩体锚杆支护理论研究的现状,以锚杆应用最广的地下工程为背景,对地下工程中尤其是隧道工程初期支护中锚杆的锚固机理和锚固功效,从不同角度、不同层面对其进行详细的分析研究,以期获得对锚杆锚固机理深层次的认识,为初期支护设计的改进提供科学的理论指导。本文的主要研究内容如下:(1)依据泥岩地层特征,以单节理位置作为变化因素,设计制作单节理不同位置的长方体试件,分析当岩体在节理位置存在微小位移时,锚杆的应力应变情况;分析节理位置对含节理岩体锚杆应力分布的影响,研究节理张开围岩不断增大时,锚杆轴力分布规律。(2)引入位移间断函数,对单节理面和多节理面下注浆锚杆的位移、轴向力和剪切应力的计算公式进行了理论推导,分析不同节理分布条件下的锚杆作用效应和锚杆抗拔力,获得节理张开位移引起的锚杆轴力和剪应力分布,以及锚杆与围岩荷载传递规律,将理论模型计算结果与实验结果对比,验证了本文理论模型的正确性。(3)将Hundson和Harrison提出的隧道加固模型拓展到节理岩体中,考虑节理围岩粘聚力的各向异性,建立节理围岩锚杆加固前后围岩破裂区范围计算公式,提出依据加锚前后围岩破裂区范围变化情况定义锚杆功效的方法,研究洞周不同位置的锚杆功效,获得锚杆功效随节理围岩力学参数变化规律。(4)通过离散元模型计算分析不同围岩等级条件下的锚杆作用效应、锚杆抗拔力,研究了隧道在不同地质条件下各类支护型式的承载能力及其功效比,通过详细的参数敏感性分析,研究了围岩强度、节理间距、锚杆长度和侧压力系数对锚杆功效的影响,获得了对于很差和很好的围岩锚杆功效都较低,在III和IV级围岩之间锚杆的功效最高的认识,从而对锚杆在隧道工程中为维护隧道稳定所起到的作用做出科学评价提供理论支撑。(5)将本文模型应用于石鼓隧道锚杆功效评估,基于本文提出的锚杆功效评估公式与数值模型结合,得到锚杆轴力、围岩塑性区范围,通过与关键监测点的轴力对比,验证了模型的可行性,实现对地下节理围岩的锚杆功效评价。