CN101720379B - 可变形的岩石锚杆 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于通过灌浆灌固在钻孔内的岩石锚杆，该岩石锚杆包括：细长的圆柱形实心杆体(1)，该杆体(1)包括多段杆体分段(1s)，该多段杆体分段(1s)通过一体形成的锚固体(2)间隔开，这些锚固体(2)沿着所述杆体(1)的长度以间距(L3)分布；所述锚固体(2)用于相对于这些锚固体各自对应的局部的钻孔壁部分局部锚固，以吸收因岩石变形所引起的载荷；所述杆体分段(1s)设置为能够相对于所述灌浆或所述钻孔滑动，以使得所述杆体分段(1s)中的每段杆体分段吸收成对的局部锚固的前一锚固体(2a，2b，......)与局部锚固的后一锚固体(2a，2b，......)之间的局部伸长应变。

Description

可变形的岩石锚杆
技术领域
本发明涉及一种用于对易缓慢变形或突然爆裂的岩石进行加强的锚杆。锚杆在地下挖掘工作中是用于岩石加强的最常用的措施。世界上每年需要消耗数百万的岩石锚杆。对岩石锚杆的基本要求是，所述岩石锚杆不仅必须能够承受重载荷，而且必须能够在所述锚杆失效前承受一定的伸长量。在高应力岩体中，所述岩石会以弱岩石内的较大变形的形式或以硬岩石内的岩爆形式对挖掘工作形成反应。在这些情形下，需要变形承受式(或吸收能量式)锚杆以实现良好的岩石加强效果。特别是在采矿工业中，因为采矿作业越来越深入地下，岩石变形和岩爆的问题更趋严重，因此对变形承受式锚杆的需求比其它岩石学科更为强烈。 
背景技术
Ferguson在WO99/61749“Rock bolt and method of forming a rock bolt”中描述了通过使钢杆的一部分发生塑性变形来形成锯齿状凹口，该锯齿状凹口形成搅拌叶部分，其中，通过在所述钢杆上施加偏心的剪切力来产生所述变形，以形成如本发明的图8中所示的按原图绘制的搅拌叶。Ferguson的岩石锚杆的目的在于，通过所述搅拌叶来加强搅拌，并且通过所述搅拌叶的剪切成形来使得所述锚杆不会沿着该锚杆的轴向方向或侧向方向发生塑性变形。Ferguson提出了一种安装的能够扩张的壳体，该壳体包括径向作用楔，该径向作用楔用于与所述搅拌叶相互作用以使得所述壳体扩张，从而将所述锚杆相对于所述锚杆孔的壁锁紧。此外，Ferguson还提出沿着所述锚杆的长度形成多个搅拌叶部分。Ferguson的搅拌叶的显著缺点在于，这种包括通过施加偏心的剪切力而使锚杆的一部分变形的制造方法，使得所述搅拌叶部分 成为锚杆强度最弱的点，从而导致锚杆不能提供令人满意的锚固效果。 
此外，同样属于Ferguson的美国专利申请US2005/0158127A1“Yieldingstrata bolt”中描述了一种具有预应力筋的岩石锚杆，所述预应力筋可以通过滑动穿过锚固体而屈服，而不是通过该预应力筋本身材料的屈服而屈服，以此控制内部布置有该锚杆的不稳固的岩石的运动。所述预应力筋本身可以由金属线束或金属杆构成，并设置有外套管以作为相对于灌浆滑动的装置。参见本申请的图9，通过灌浆灌固的所述锚固体由两个对称的锚固体部分形成，该两个对称的锚固体部分夹紧在所述预应力筋上。US2005/0158127的一个缺点在于，仅是所述应力件(即预应力筋)变形，并且该应力件与所述锚杆的直杆部分相比强度不够，从而所述锚杆在所述锚固体处易于破裂，特别是在所述应力件是由实心杆体制成的情形下更是如此。US2005/0158127的另一个缺点在于形成有效的岩石锚杆所需要的构件的绝对数量。 
德国专利DE 35 04 543限定了一种锚杆，该锚杆用于插入并通过灌浆灌固或粘结在地下洞穴中的钻孔内。所述锚杆具有锚杆杆体和带螺母的单端螺纹部分，所述锚杆杆体包括用于与岩石连接的具有成型表面的部分，所述单端螺纹部分与所述杆体本身形成为一体或焊接于所述杆体。所述锚杆具有固定的、一体的或焊接的锚板，该锚板设置在所述外部螺纹部分与所述锚杆杆体的位于钻孔内部局部位置上的成型部分之间，因而不能对位于所述钻孔内的锚杆杆体进行预张紧。所述锚杆杆体的表面成型是通过沿具有圆形横截面的初始光滑的杆体的纵向方向将杆体表面成形为波浪形状而形成的。DE 3504 543的锚杆杆体具有用于设置在钻孔内的三个连续的部分：所述锚杆杆体的光滑的无突起的中间部分、波浪形部分以及过渡部分，该过渡部分从所述光滑的中间部分的两端过渡到波浪形部分，所述过渡部分沿远离所述光滑的中间部分的方向具有逐渐增大的波形幅度。所述光滑的中间部分用于承受岩石变形后所引起的纵向力，但因为不能对所述钻孔内的岩石锚杆进行预张 紧，因此不能防止初始岩石变形。 
下面阐述要解决的问题。 
根据锚固机理，所有的锚固装置分为三类：(a)机械锚杆；(b)完全灌浆固定式锚杆以及(c)摩擦式锚杆。 
(a)：传统的机械锚杆在开口孔内是两点锚固。这些锚杆在较大岩石变形的情形下是不可靠的。 
(b)：完全灌浆固定式锚杆主要指通过水泥或环氧树脂灌固在所述钻孔内的钢筋锚杆。钢筋锚杆由钢筋制成，所述钢筋的圆柱面上具有棱纹。这种类型的锚杆硬度较高，在失效之前仅能承受少量变形。钢筋锚杆在高应力岩体中失效的情形经常可以观测到(见参考引用文献：Li，2006a)。 
(c)：摩擦式锚杆能够承受较大的变形，但这些锚杆承受载荷的能力很低。例如，标准的分置锚杆仅可承受约50kN的载荷(见参考引用文献：Stillborg，1994)。 
在目前能够商购得到的岩石锚杆中的所有可选择的锚杆中，最适于应对岩石变形和岩爆问题的岩石锚杆可能是所谓的南非锥体锚杆(见参考引用文献：Li和Marklund，2004)。该锥体锚杆能够显著伸长，并且同时能够承受很高的载荷。但是，该锥体锚杆是一种用于安装到填充有水泥的钻孔内的两点锚固式锚杆，该两点锚固式锚杆在其光滑的锚杆体的内端上具有倒置的锥体。表面锚固体可以是通过锚杆的螺纹外端上的螺母固定的板。所述锚固体中的一个锚固体的失效，例如所述壁表面上的锚固体的失效将会导致锚杆的岩石加强功能完全丧失。 
关于高应力岩体中的岩石加强，目前能够得到的锚杆的缺点是： 
钢筋锚杆太硬，并且在失效之前仅能容许非常有限的伸长量(约10mm)。 
摩擦式锚杆提供的载荷承受能力太低。 
锥体锚杆由于其两点式锚固结构而不太可靠。 
以下描述在不同的岩体中锚固体的承载模式。 
在弱岩石中，环绕地下孔洞的大量岩石在高的原位应力情形下易于断裂。在所述孔洞的壁表面上岩石变形量最大，并朝着所述岩体的内部降低。这种类型的岩石变形导致所述岩石锚杆在靠近所述壁表面的区域承受的载荷最大(见参考引用文献：Sun，1984；以及Li和Stillborg，1999)。这解释了在变形较大的岩体中许多钢筋锚杆在所述螺纹部分处失效的原因(参见参考引用文献：Li，2006a)。有时，在所述壁表面的后面甚至可能会形成数米长的较大的剪切破裂(参见参考引用文献：Li，2006b)。在此情形下，要求所述锚杆还应该具有在较深的位置承受载荷和变形的能力。 
在多节理岩体中，锚杆在其横跨正在裂开的岩石节理的位置上局部承受载荷(参见参考引用文献： 
Figure DEST_PATH_GSB00000688940800011
和Stephansson，1984)。沿着所述锚杆的长度可以存在数个负载峰值，所述锚杆的承受载荷最大的部分可能位于所述岩石内的深处。在这种类型的岩体中，要求所述锚杆沿其整个长度具有优良的载荷承受能力和较高的变形承受能力。 
以下是理想锚杆的必要特性： 
用于变形较大的岩体的理想锚杆应该能够承受高载荷，并能够具有较大的伸长量。此外，所述锚杆的锚固结构应当是可靠的。 
发明内容
上述问题可以通过本发明得到解决，本发明是一种用于通过灌浆灌注在岩石中的钻孔内的岩石锚杆，其特征在于，该岩石锚杆包括： 
细长的圆柱形实心杆体，该杆体的位于所述钻孔表面的部分具有螺纹部分，该螺纹部分设置有至少一个螺母、以及至少一个垫圈、垫片或面板，以用于对所述钻孔内的所述岩石锚杆进行预张紧； 
所述杆体包括至少三段的杆体分段，每个杆体分段接续有一体形成的锚固体，与所述杆体分段的长度相比，所述锚固体具有较短的长度，所述锚固体沿着所述杆体的长度间隔布置； 
所述锚固体用于相对于这些锚固体对应的局部钻孔壁部分局部锚固，以承受因岩石变形引起的载荷； 
所述杆体分段设置为能够相对于所述灌浆或所述钻孔滑动，以通过位于成对的局部锚固的前一锚固体与局部锚固的后一锚固体之间的所述杆体分段的局部伸长，来使得所述杆体分段中的每一个杆体分段限制局部岩石变形。 
本发明优于WO99/61749的确定优点在于，本发明的锚固体形成为所述岩石锚杆的强度最强的构件，而不是强度最弱的构件，从而使得所述锚固体在载荷作用下不容易变形或破裂，并因此可以提供满意的锚固效果。 
本发明也具有优于美国专利申请US2005/0158127A1的优点，这是因为所述应力件经过改进，以形成比所述岩石锚杆杆体的直杆段强度更高的锚固体，从而使得所述锚杆沿着所述杆体分段容易屈服，而在所述锚固体处则不容易屈服。本发明优于US2005/0158127的另一个优点在于，在由具有一体形成的锚固体(这些锚固体由同一毛坯件形成)的细长钢杆所形成的最简化的实施方式中，形成有效的岩石锚杆所需的构件(至少六个构件)显著减少。 
附图说明
本发明已显示在附图中，这些附图用于阐述本发明，而不应被解释为是对本发明的限制，本发明仅通过附带的权利要求进行限制： 
图1是根据本发明的岩石锚杆的侧视图，其中显示该岩石锚杆的基本实施方式，该基本实施方式的岩石锚杆只包括杆体，该杆体具有均匀分布的一体的锚固体部分，这些锚固体部分用于在钻孔内的水泥或树脂硬化时锚固到所述水泥或树脂上； 
图2是根据本发明的岩石锚杆的侧视图，其中显示该岩石锚杆布置在钻孔的一部分内，所述一体的锚固体部分因灌浆硬化而锚固到水泥或树脂上。出于简洁的目的，仅显示邻近于所述锚固体的灌浆。杆体分段显示为横跨两块岩石之间的裂开的裂缝，并且所述杆体段已经伸长，而相邻的锚固体则相对它们所处的钻孔内周保持固定； 
图3是根据本发明一种实施方式的岩石锚杆的侧视图，其中在该图的左侧显示该岩石锚杆具有螺纹部分，该螺纹部分具有垫圈和/或面板以及螺母，并且在该图的右侧还显示该岩石锚杆具有可选用的端部搅拌器； 
图4是根据本发明一种实施方式的岩石锚杆的侧视图，其中显示该岩石锚杆通过灌浆灌固在所述钻孔的底部和所述岩石表面上的垫圈之间。出于简洁的目的，仅显示了所述锚固体附近的灌浆部分，通常在环绕所述锚杆的整个环状空间内均填充有灌浆； 
图5a，图5b，图5c，图5d和图5e显示根据本发明的锚固体的不同实施方式。图5a显示所述锚固体的一种实施方式，其中，所述杆体的一小段被压得扁平，以提供变宽的一体的锚固体。在进行压平作业时，可以同时进行轻微的纵向镦粗作业，以使得所述锚固体的屈服强度高于相邻的杆体分段的屈服强度。图5b显示所述锚固体的另一种实施方式，在该实施方式中，所述杆体的一小段已经通过纵向镦粗作业缩短。图5c是三凸角式锚固体的示意图，该示意图显示所述锚固体在过渡区朝向两端一定程度地逐渐变细。图5d显示根据本发明的岩石锚杆具有带眼形孔的锚固体。图5e显示通过与图5b的镦粗作业类似的镦粗作业而成形的锚固体的实施方式； 
图6显示背景技术的端部搅拌器的两个可选择的形式，该端部搅拌器可以选择地设置在本发明的岩石锚杆的孔底端部上。图6a显示Y形分叉的端部搅拌器，图6b显示焊接到所述杆体的孔底端部上的端部搅拌器板； 
图7显示虽然变形的主要部分应该通过所述锚固体之间的杆体分段的伸 长而被吸收，但一部分变形也可以因所述锚固体在硬化的灌浆中的相对短的纵向滑动而被吸收； 
图8是从Ferguson的W099/61749中摘抄的等轴视图，该等轴视图显示了通过使钢杆的一部分变形而形成的锯齿状凹口，该锯齿状凹口形成搅拌叶部分，其中，通过在所述杆体上施加机械偏心的剪切力而形成所述变形。 
图9是从同样属于Ferguson的US2005/0158127中摘抄的纵向剖视图，该纵向剖视图显示通过具有两个部分的夹紧锚固体而变形的位于管子中的应力件或应力金属线； 
图10显示所述端部搅拌器的两个实施方式。 
具体实施方式
根据本发明的岩石锚杆接近于具有上述理想锚杆的必要特性的锚杆。该岩石锚杆命名为变形锚杆，简称“D-锚杆”。根据本发明的变形锚杆是一种多点锚固式锚杆，该多点锚固式锚杆通过使用水泥或环氧树脂进行灌浆而设置在钻孔内。图1显示根据本发明的基本实施方式的锚杆的侧视图，该锚杆包括优选光滑的钢条杆体1，该钢条杆体1具有一体形成的三个或多个锚固体2a，2b，2c，......，2n，该三个或多个锚固体沿着钢条杆体1的长度分布。换而言之，本发明包括用于通过灌浆g灌注在钻孔b内的岩石锚杆，该岩石锚杆包括细长的圆柱形实心杆体1，该杆体1包括多段杆体分段1s，该多段杆体分段1s通过一体形成的锚固体2分隔开，这些锚固体2沿着所述杆体1的长度以间隔La分布。锚固体2a布置为相对于它们各自所处的钻孔壁部分局部锚固，以吸收因岩石变形所引起的载荷。杆体分段1s布置为能够相对于所述灌浆或所述钻孔滑动，以使得各段杆体分段1s能够吸收成对的局部锚固的前一锚固体2与局部锚固的后一锚固体2之间的局部伸长应变。 
本发明的岩石锚杆包括具有一体式锚固体2的杆体1，优选地，该岩石 锚杆完全由钢制成。此外，也可以使用强度高并且可变形的其它金属。 
依照根据本发明的岩石锚杆的第一用途，杆体分段1s适于吸收因长期岩石变形所引起的局部伸长应变，在例如不牢固的软岩石上进行挖掘之类工作之后，所述长期岩石变形会在数天、数月或数年的时间内发生。 
依照根据本发明的岩石锚杆的第二用途，杆体分段1s能够吸收短期动载荷，例如因岩石突裂或岩石爆裂所引起的动载荷。之所以能够吸收短期动载荷是因为如果使用根据本发明的岩石锚杆，那么因图2和图4中以“c”表示的突裂裂缝(该裂缝开裂将使得分离的裂缝表面间隔数厘米)所引起的岩石锚杆的局部伸长可以分散在约50厘米长的钢条上。所述锚固体之间的杆体分段将会仅相对于硬化的灌浆或钻孔的圆周面滑动。该效果在使用钢筋岩石锚杆的情形下是无法实现的，钢筋岩石锚杆的每个部分均具有棱纹，从而几乎使得该钢筋岩石锚杆的每个杆体分段均被局部地卡在所述灌浆内，并且该钢筋岩石锚杆仅能在几厘米长的长度上受迫吸收冲击伸长ΔLa，从而会使得该钢筋岩石锚杆破裂损坏，这种破裂损坏在背景技术中是经常发生的。由此可见，在本发明的岩石锚杆未破裂的情形下，该岩石锚杆也可以吸收类似于岩石突裂(例如岩爆)之类的动载荷。 
在本发明的一种实施方式中，所述锚杆将包括螺纹部分3a，该螺纹部分3a布置在该锚杆的首端并通过螺母3b设置，以将垫圈3c或垫板固定在岩石表面上。根据一种实施方式，相对于所述钻孔而构成所述岩石锚杆内端的相对端可以设置有端部搅拌器4，在将所述岩石锚杆插入环氧树脂内时，该端部搅拌器4能够起到作用。 
此处，两个相邻的锚固体之间的间距称为La，并且该间距La是均等的。因此，在一种实施方式中锚杆的长度近似为L＝nLa，其中n是锚固体之间的杆体分段的数量(或者是锚固体的数量)。此外，也可以使用沿着所述杆体的一部分不均匀分布的锚固体。 
优选地，在本发明的岩石锚杆中，杆体分段1s设置为比锚固体2具有更高的每单位长度变形能力。此外，在本发明的岩石锚杆中，一体的锚固体2可以优选地进行硬化处理，以使得锚固体2在固定于硬化的灌浆中而承受载荷时能够防止变形，并且能够防止该锚固体2在硬化的灌浆中滑动时磨损。也就是说，锚固体2的极限强度应该比由杆体分段1s组成的杆体1的屈服强度高。 
杆体分段1s布置为能够相对硬化的灌浆或钻孔滑动，以使得每个所述杆体分段1s能够吸收成对的局部锚固的前一锚固体2和局部锚固的后一锚固体2之间的局部伸长应变。根据本发明的一种实施方式，岩石锚杆的杆体1具有光滑的、优选为圆柱形的表面。所述杆体分段可以不同程度地进行精磨或者通过化学抛光或电抛光之类的工艺进行抛光处理。杆体的表面可以进一步进行处理，以使得该杆体的表面对硬化的灌浆没有或仅具有可忽略不计的低粘着力。实现该目的的一个方法为，在该杆体的表面涂覆一薄层蜡、清漆、油漆或者其它无粘着力或润滑性的介质。当受到拉伸载荷时，两个相邻的锚固体之间的杆体分段可以不同程度地自由伸长，而不会连结于环绕该杆体分段的硬化的灌浆。 
当在应力作用下伸长时，通过因所谓的泊松效应所导致的直径减小而使得杆体1的表面相对于所述硬化的灌浆松脱，从而杆体1能够相对于其所处钻孔内周面滑动。 
根据本发明的岩石锚杆可以对杆体分段1s进行表面处理，以使得所述杆体分段1s不会粘着在所述硬化的灌浆上。这可以通过化学表面处理实现，例如通过在杆体1上增加金属氧化层来实现。 
在锚固点上，所述锚杆连结到岩体上。对所述锚固体的基本要求是这些锚固体的强度比杆体高。这意味着所述杆体会在所述锚固体失效之前屈服。所述锚固体可以具有不同的形状。图1中所示的锚固体的形状仅仅显示了锚 固体的各种有用形状中的一种。就所示的实施方式而言，所述锚固体简单地通过将所述杆体沿一个直径方向压得扁平并沿着与该直径方向相垂直的方向增加尺寸而形成。相邻的锚固体可以具有相同的扁平形状，但该相同的扁平形状垂直于当前锚固体的扁平方向而形成。优选地，如果使得所述钻孔大致是直的并具有平滑的壁，则平均间隔的锚固体能够使得所述钢杆不与所述钻孔的壁直接接触，这有助于使得所述锚杆完全由所述灌浆包裹。与仅具有底部锚固体和表面锚固体的传统锚杆相比，这可以向所述锚杆提供改善的腐蚀保护。 
参照图6，在背景技术中公知地，就树脂灌浆而言，可以在所述锚杆的底端增设被称为端部搅拌器的搅拌装置。参照图6a，所述端部搅拌器的一个可选择的实施方式是将所述杆体的端部切开成“Y”形。参照图6b，所述端部搅拌器的另一个可选择的实施方式可以将叶片焊接于所述杆体的端部。图10显示用于具有环氧树脂的钻孔内的端部搅拌器的两个实施方式。 
根据本发明的岩石锚杆可以以下述方式加强岩石：岩石变形将通过所述锚固体而主要加载在根据本发明的锚杆上。进而，杆体，即两个相邻锚固体之间的杆体分段将会张紧并伸长。在极端地高载荷下，所述杆体将会屈服。在一些情形下，例如在相对弱的灌浆情形下，所述锚固体甚至能够在所述灌浆中轻微地滑动而不会显著降低对所述岩石的加强作用。因为这两个结构，所述锚杆能够容许较大的伸长量，并且同时也能够承受高载荷。实际上，根据本发明的锚杆很大程度上利用了钢材料的变形能力和强度。所述锚杆的岩石锚固效果在所述锚固体之间的各杆体分段范围内能够确保实现。各个锚固体处的锚固效果的丧失仅仅是局部影响所述锚杆的加强效果。总体上，只要在所述钻孔内还有一个或多个锚固体固定，那么所述锚杆仍能够在丧失一个或多个锚固体的情形下有效工作。例如，假定根据本发明的锚杆的螺纹部分失效并且表面锚固作用丧失。此时在使用根据背景技术的两点式锚杆的情形 下，这种表面锚固作用的丧失会导致所述锚杆整体失效，而在使用本发明的锚杆的情形下，表面锚固体的失效仅会导致所述螺纹部分与最靠近岩石表面的第一个锚固体之间的锚杆分段上的加强作用的丧失。因为该锚杆仍能通过其余未受影响的锚固体很好地锚固在所述岩石中，因此所述锚杆的其余部分不会受到所述螺纹部分的表面分段失效的影响。 
所述螺纹部分的强度应该至少与所述钢杆的强度一样强，或者甚至可以比所述钢杆的强度更强。因此，所述螺纹部分的公称直径应该大于所述杆体的直径，以使得所述螺纹部分的有效直径等于或大于所述杆体的直径。本发明的另一个实施方式对所述螺纹部分进行特殊的冶金处理，以使得该螺纹部分的强度高于所述杆体的强度。所述螺纹部分的变形能力并不是特别重要的。该螺纹部分的关键要点在于强度足够强，以使得所述螺纹部分和所述第一个锚固体之间的钢杆能够进入屈服点。如果实现此点，将会使得所述杆体失效之前发生的极限变形显著加大。 
下面给出图3所示的根据本发明的岩石锚杆的一个实施例。假设该锚杆的参数如下： 
杆体直径d：20mm 
锚固体间距Ls：0.55m 
锚固体长度La：0.05m 
螺纹长度Lt：0.10m 
锚固体的数量n：5 
锚杆长度L：5×0.55＝2.75m 
锚杆断裂强度：200KN 
锚杆屈服强度：150KN 
失效时的屈服应变：20％ 
该实施例的锚杆具有五个杆体分段，每个杆体分段的长度Ls-La＝0.5m。 考虑到屈服伸长，每个杆体分段能够伸长0.5m×20％＝10cm。因此，每个杆体分段(0.5m长)能够承受10cm的最大伸长量。同时，该锚杆能够承受150KN至200KN之间的载荷。第一杆体分段(从所述螺纹部分到所述第一锚固体)可以比其它杆体分段略短，在该实施例中，该第一杆体分段大约为0.4m(Ls-La-Lt)。该第一杆体分段的极限伸长量为0.4m×20％＝8cm。对于钢筋锚杆而言，能够激发的仅是该螺纹部分的变形能力(见参考引用文献：Li，2006a)。张紧的所述螺纹部分的极限伸长量估计最大为1cm。由于本发明的D-锚杆的螺纹部分的强度更高，因此与传统螺纹式钢筋锚杆相比，该D-锚杆在墙壁表面处的极限伸长量(8cm)将会显著提高。通过这种变形能力/承载能力，该锚杆在变形较大的岩体或具有岩爆倾向的岩体内能够提供令人满意的岩石加强效果。 
根据本发明的锚杆具有三个以上的长度在0.02m至0.03m之间的锚固体，每对锚固体之间间隔有杆体分段，根据岩石状况和所述杆体的厚度(或直径)，这些杆体分段的长度可以在约0.3m至2m之间相应地变化。所述杆体分段的长度与所述锚固体的长度的比率可以在5∶1至40∶1之间变化。所述岩石锚杆的杆体直径可以在10mm至40mm之间或更大。 
根据本发明的岩石锚杆的特征是高变形能力和高承载能力。并且，因为根据本发明的锚杆的多点锚固结构，因此锚杆安装质量可靠。该锚杆特别适用于面临较大岩石变形或岩爆问题的建筑采矿工程。该锚杆不仅在持续的岩石变形(在不牢固的软岩体中)的情形下，而且在个别岩石节理局部裂开(在块状结构的岩体中)的情形下，均能够提供有效的加强作用。一个岩石节理的裂开移位将由重叠在该节理上的两个锚固体进行约束。 
所述锚固体可以以各种方式形成，以形成以下几种不同的形式：图5a、图5b、图5c、图5d和图5e所显示的根据本发明的锚固体的实施方式。图5a显示所述锚固体的一种实施方式，在该实施方式中，所述杆体的一小段已 经被压得扁平，以提供变宽的、一体的锚固体，该锚固体的横截面上具有两个凸角，并且朝向两端逐渐变窄以过渡到所述杆体分段。在进行压平作业时，可以同时进行轻微的纵向镦粗作业，以使得所述锚固体的屈服强度高于相邻的杆体分段的屈服强度。图5b显示所述锚固体的一种实施方式，在该实施方式中，所述杆体的一小段通过纵向镦粗作业已经缩短。图5c是三凸角式锚固体的示意图，该示意图显示所述锚固体在过渡区朝向两端一定程度地逐渐变细。图5d显示根据本发明的岩石锚杆具有带眼形孔的锚固体。在垂直于所述岩石锚杆的轴线的横截面上，所述锚固体除去所述孔之外的材料横截面积至少与所述杆体的材料横截面积一样大。图5e显示一种成形为两端之间间隔有颈状部的锚固体的实施方式，所述颈状部的厚度至少等于所述杆体的厚度(或直径)。镦粗作业类似于图5b的镦粗作业。在该实施方式中，所述锚固体还可以形成为具有三个凸角。 
本发明提供了一种岩石锚杆，该岩石锚杆具有多个直杆体分段，每个杆体分段后续有短的锚固体。这提供了短的、相对硬的锚固体和具有高变形能力的相对长的杆体分段。因此，所述岩石锚杆将会沿着所述杆体牢固连结到钻孔壁的多个间隔的位置上并抑制岩石变形。所述预张紧特征可以防止或延缓初始裂缝的形成，并可以提供岩石地幔的初期约束。根据本发明的岩石锚杆将用于限制因长期变形和岩爆引起的岩石变形。 
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Claims (21)

1.一种用于通过灌浆灌固在岩石中的钻孔内的岩石锚杆，其特征在于，该岩石锚杆包括：
细长的圆柱形实心杆体(1)，该杆体(1)的位于所述钻孔表面的部分具有螺纹部分(3a)，该螺纹部分(3a)设置有螺母(3b)并且设置有垫圈和/或面板(3c)，以用于对所述钻孔内的所述岩石锚杆进行预张紧；
其中，所述杆体(1)包括至少三段的杆体分段(1s)，每段杆体分段(1s)接续有一体形成的锚固体(2a，2b，2c，......)，这些锚固体(2a，2b，2c，......)与所述杆体分段(1s)的长度相比具有较短的长度，所述锚固体(2a，2b，2c，......)沿着所述杆体(1)的长度以间距(La)分布；
所述锚固体(2a，2b，2c，......)用于相对于这些锚固体各自对应的局部钻孔壁部分局部锚固，以吸收因岩石变形所引起的载荷；
所述杆体分段(1s)设置为能够相对于所述灌浆或所述钻孔滑动，以使得所述杆体分段(1s)中的每段杆体分段，通过位于成对的局部锚固的前一锚固体(2a，2b，......)与局部锚固的后一锚固体(2b，2c......)之间的该杆体分段的伸长，来限制局部的岩石变形。
2.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体分段(1s)的长度与所述锚固体的长度的比率为5∶1至40∶1。
3.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述锚固体的间距约为0.55m，所述锚固体的长度约为0.05m。
4.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述锚固体(2)的所述间距(La)具有相同的长度。 
5.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，具有一体形成的所述锚固体(2)的所述杆体(1)由钢制成。
6.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体分段(1s)具有比所述锚固体(2)高的每单位长度变形能力。
7.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，一体形成的所述锚固体(2)经过硬化处理。
8.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述锚固体(2)的屈服强度比所述杆体分段(1s)的屈服强度高。
9.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体分段(1s)具有光滑表面，以能够相对于所述灌浆或所述钻孔的局部壁周滑动。
10.根据权利要求9所述的岩石锚杆，其中，所述岩石锚杆经过机械抛光处理或电解抛光处理。
11.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体分段(1s)设置有滑动层(6)。
12.根据权利要求11所述的岩石锚杆，其中，所述滑动层(6)为蜡或漆。
13.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体(1)经过表面处理以不会粘结在硬化的所述灌浆上。 
14.根据权利要求13所述的岩石锚杆，其中，所述表面处理为化学表面处理。
15.根据权利要求14所述的岩石锚杆，其中，所述化学表面处理为在所述杆体(1)上增加金属氧化层。
16.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述锚固体(2)逐渐变细，以在承受重载荷时通过使邻近的所述灌浆移动并变形而消除能量。
17.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述螺纹部分(3a)的中径等于或大于所述杆体(1)的有效直径。
18.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述螺纹部分(3a)经过硬化处理。
19.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体(1)的孔底端部设置有端部搅拌器(4)。
20.根据权利要求19所述的岩石锚杆，其中，所述端部搅拌器(4)由锚固体(2)构成。
21.根据权利要求1所述的岩石锚杆，其中，所述杆体分段(1s)的长度与所述锚固体的长度的比率为10∶1。 
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