CN109162743B - 一种摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦‑剪切复合式准恒阻大变形锚索，主要用于解决传统锚杆延性变形差的问题，由套杆和锚杆，所述套杆包括大内径段、环状的第一挡板和小内径段组成，所述第一挡板位于所述大内径段和所述小内径段的连接处，所述锚杆穿设在所述套杆内，所述锚杆上固定套设有圆台形让压锚头，该让压锚头侧壁与所述大内径段外端抵接，该让压锚头较小的端面朝向所述大内径段内端，所述大内径段内壁上分布有圆环形剪切核，该剪切核的内壁倾斜并且倾斜方向迎合所述让压锚头侧壁的倾斜方向，该剪切核的抗剪强度小于所述让压锚头，且该剪切核与所述大内径段连接处的抗剪强度小于所述让压锚头和大内径段本体的抗剪强度，本发明主要用于对岩体的加强锚固。

Description

一种摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索
技术领域
本发明涉及岩土工程锚固支护技术领域，具体为大变形隧道或边坡的支护设备，特别是涉及一种摩擦与剪切联合作用的准恒阻大变形锚索。
背景技术
传统锚索、传统锚索结构中的锚杆作为主动型岩土体加固结构，均在隧道、边坡等工程的支护等领域具有大量的应用。传统锚杆多属于金属材质的刚性结构，具备充分的支护抗力但适应变形的能力差，往往在发生岩体大变形、地震等自然灾害时，传统锚杆抵抗不住外界拉力而瞬间断裂失效，导致灾难在瞬间爆发，没有对灾难进行阻挡减缓的一个防范过程，给事故造成不可挽回的恶劣后果。
目前，已有大变形锚索应用于岩体工程中，其工作原理大致分为如下类型：一种是借助锚索中的锚杆体(部分锚杆体)本身的材料延展性来提供大变形的能力，如李春林教授等研发的D-Bolt。该类锚杆结构简单，工艺方便，与普通锚杆相似，但其容许的变形量与材料延展性相关，所以其变形量较小，且对材料的要求较高；第二种是通过加装摩擦式恒阻器来得到恒定的阻力和大变形能力，也是目前较为普遍的方法。为了提供足够的支护抗力，摩擦恒阻器的制作工艺和使用要求普遍较高，在应用过程中摩擦体会因老化、锈蚀等原因导致失效。
在这种背景下，本发明提出一种可以整体上可以较大范围增大整体长度的大变形高强度锚索，以抵抗岩体灾害的瞬间爆发，甚至可以在一定程度上阻止岩体变形。
发明内容
一、解决的技术问题
本发明针对现有技术的不足，提出一种结构简单，工程安装方便，并且有一定的抵抗延性的大变形锚索，在一定程度上阻止了岩体变形。
二、具体技术方案
实现原理：一种摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，主要包括有套杆和锚杆(1)，所述套杆包括大内径段(4)、环状的第一挡板(5)和小内径段(6)，所述第一挡板(5)位于所述大内径段(4)和所述小内径段(6)的连接处，所述锚杆(1)穿设在所述套杆内，所述锚杆(1)上固定套设有圆台形让压锚头(2)，该让压锚头(2)侧壁与所述大内径段(4)外端抵接，该让压锚头(2)较小的端面朝向所述大内径段(4)内端，所述大内径段(4)内壁上分布有圆环形剪切核(3)，该剪切核(3)的内壁倾斜并且倾斜方向迎合所述让压锚头(2)侧壁的倾斜方向，该剪切核(3)的抗剪强度小于所述让压锚头(2)，且该剪切核(3)与所述大内径段(4)连接处的抗剪强度小于所述让压锚头(2)和大内径段(4)本体的抗剪强度。
工作原理：将所述锚杆穿设在所述套杆内，将所述锚杆和套杆的内端打入围岩内，使所述套杆的外端与围岩表面齐平，之后在所述套杆和围岩之间的交接面处进行充分压浆，使所述套杆、锚杆进入围岩的部分充分与围岩固结。围岩发生变形时往往使所述套杆、锚杆处于拉拔状态，当拉拔力作用在所述锚杆上时，所述锚杆相对于所述套杆产生一个相对移动的趋势，当拉拔力较大时，所述锚杆会被拉进所述套杆的大内径段内，在这个过程中所述让压锚头将所述剪切核涨裂直至破坏，所述剪切核破坏的过程中，所述让压锚头与所述剪切核之间相对移动产生较大的接触摩擦力，并且所述剪切核的破坏过程对所述让压锚头产生一个较大的剪切阻力，最后所述让压锚头在移动中破坏全部的所述剪切核，最后在外界拉力作用下移动到所述第一挡板并被该第一挡板挡住，最后所述锚杆表现出与普通锚杆相同的抗拉强度。
所述让压锚头在相对与所述剪切核移动过程中产生的接触摩擦力和剪切力，该接触摩擦力和剪切力将对抗围岩变形产生的拉力，因此可以在一定程度上阻止围岩的变形，当围岩变形较大产生的拉力较大时，所述套杆和锚杆可以延缓围岩变形的过程时间，减缓甚至在一定范围内阻止围岩变形灾难的发生。
作为优选：所述让压锚头(2)由3-4瓣锚具组成且具有环向变形能力，所述让压锚头(2)具有一定的环向变形能力，主要是保证所述让压锚头(2)可以进入所述大内径段(4)内。
作为优选：所述剪切核(3)内壁的倾斜角度与对应的所述让压锚头(2)侧壁的倾斜角度相同。主要是为了将所述让压锚头(2)的侧壁与所述剪切核(3)的内壁充分接触吻合，以提高所述让压锚头(2)与所述剪切核(3)之间相对移动产生的滑动摩擦力，并且可以增大所述让压锚头(2)与所述剪切核(3)之间的剪切阻力，因此可以提高抵抗围岩变形的能力。
作为优选：所述小内径段(6)内壁上设有环状的第二挡板(7)，该第二挡板(7)靠近所述小内径段(6)外端，设置所述第二挡板(7)的目的在于为阻止所述让压锚头(2)的移动设置第二道防线，围岩变形在产生较大的拉力作用下，如果所述让压锚头(2)冲破了所述第一挡板(5)这道防线，这时所述套杆和锚杆(1)已经起到了抗拉作用，设置所述第二挡板(7)可以再次利用所述套杆和锚杆(1)的抗拉性能，再次抵抗围岩的变形，提高所述套杆和锚杆(1)的使用率，充分抵抗围岩变形。
作为优选：所述大内径段(4)、第一挡板(5)、小内径段(6)和第二挡板(7)一体成型，主要是为了保证所述套杆的整体强度，而且可以减少加工工序，提高施工效率的同时保证所述套杆的加工质量，进而增加抗拉能力。
作为优选：所述让压锚头(2)侧壁、剪切核(3)内壁和所述套杆内壁均为粗糙面，该措施的最主要目的是增强所述让压锚头(2)在所述大内径段(4)移动时与所述剪切核(3)、套杆之间的摩擦阻力，从而进一步提高阻止围岩变形的能力。
本发明的有益效果为：
1、所述锚杆在所述套杆内相对移动时，所述让压锚头将所述剪切核进行剪切破坏，相对与传统的围岩锚固装置相比，所述锚杆可以在所述套杆内产生一个较大的位移，弥补了传统围岩锚固装置的延展性较低问题，并且所述让压锚头与所述剪切核之间产生的剪切阻力，将抵抗围岩变形产生的拉力，因此在一定程度上阻止了围岩的变形。
2、所述让压锚头设置成圆台状，所述圆环状剪切核内壁设置成与所述让压锚头适配的方式，主要是在所述让压锚头与所述剪切核相对移动的过程中提供一个较大的滑动摩擦力，该滑动摩擦力同样可以减缓和阻止围岩变形。
3、本发明主要包括有套杆、锚杆、让压锚头、剪切核、第一挡板和第二挡板，整体结构简单，方便施工操作，并且具有较好的抵抗围岩变形的作用。
附图说明
图1为本发明的结构剖面图。
附图标记说明：1锚杆，2让压锚头，3剪切核，4大内径段，5第一挡板，6小内径段，7第二挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：一种摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，由套杆和锚杆1组成，所述套杆包括大内径段4、环状的第一挡板5和小内径段6，所述第一挡板5位于所述大内径段4和所述小内径段6的连接处，所述锚杆1穿设在所述套杆内，所述锚杆1上固定套设有圆台形让压锚头2，该让压锚头2由3-4瓣锚具组成且具有环向变形能力，该让压锚头2侧壁与所述大内径段4外端抵接，该让压锚头2较小的端面朝向所述大内径段4内端，所述大内径段4内壁上分布有圆环形剪切核3，该剪切核3的内壁倾斜并且倾斜方向迎合所述让压锚头2侧壁的倾斜方向，并且该剪切核3内壁的倾斜角度与对应的所述让压锚头2侧壁的倾斜角度相同，所述剪切核3外端至内端长度在0.5-4厘米之间，可以根据工程实际，适当改变所述剪切核3外端至内端的长度。该剪切核3的抗剪强度小于所述让压锚头2，且该剪切核3与所述大内径段4连接处的抗剪强度小于所述让压锚头2和大内径段4本体的抗剪强度，所述让压锚头2侧壁、剪切核3内壁和所述套杆内壁均为粗糙面。
所述小内径段6内壁上设有环状的第二挡板7，该第二挡板7靠近所述小内径段6外端，所述大内径段4、第一挡板5、小内径段6和第二挡板7一体成型。
工作原理：将所述套杆、锚杆1同时打入围岩内，并且从所述套杆与围岩的交接面处充分注浆，使得所述套杆、锚杆1充分与围岩固结，将所述套杆和锚杆1打入围岩之后，所述让压锚头2与围岩表面齐平，最后在打了所述套杆和锚杆1的围岩表面上挂网喷浆，将所述套杆、锚杆1和让压锚头2被喷浆覆盖。
当围岩发生变形时，所述套杆和锚杆1将受到不同程度的外界拉力，当所述锚杆1受到围岩变形产生的拉力时，该锚杆1就有相对于所述套杆滑动的趋势，当围岩拉力持续增大时，所述锚杆1会被拉进所述套杆的大内径段4内，此时，所述让压锚头2将相对于所述剪切核3移动，该让压锚头2在移动过程中将剪切破坏所述剪切核3，并且所述剪切核3内壁形状与所述圆台形的让压锚头2形状适配，所述让压锚头2在移动过程中将与所述剪切核3产生一个较大的滑动摩擦力，该摩擦力可以进一步阻止围岩的变形。
所述让压锚头2移动到所述第一挡板5之后，被该第一挡板5阻挡，此时所述锚杆1将表现出锚杆1本身较强的抗拉性能，围岩在变形过程中，所述让压锚头2与所述剪切核3之间产生恒定的剪切力和摩擦力，因此也就提供了一种摩擦-剪切复合式准恒阻力，该准恒阻力将减缓围岩的变形破坏过程时间，甚至可以阻止围岩的变形破坏，因此可以将围岩变形产生的工程地质灾害降到最低。
尽管已示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求限定为准。

Claims (6)

1.一种摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，其特征在于:主要包括有套杆和锚杆(1)，所述套杆包括大内径段(4)、环状的第一挡板(5)和小内径段(6)，所述第一挡板(5)位于所述大内径段(4)和所述小内径段(6)的连接处，所述锚杆(1)穿设在所述套杆内，所述锚杆(1)上固定套设有圆台形让压锚头(2)，该让压锚头(2)侧壁与所述大内径段(4)外端抵接，该让压锚头(2)较小的端面朝向所述大内径段(4)内端，所述大内径段(4)内壁上分布有圆环形剪切核(3)，该剪切核(3)的内壁倾斜并且倾斜方向迎合所述让压锚头(2)侧壁的倾斜方向，该剪切核(3)的抗剪强度小于所述让压锚头(2)，且该剪切核(3)与所述大内径段(4)连接处的抗剪强度小于所述让压锚头(2)和大内径段(4)本体的抗剪强度。
2.根据权利要求1所述的摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，其特征在于：所述让压锚头(2)由3-4瓣锚具组成且具有环向变形能力。
3.根据权利要求1所述的摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，其特征在于：所述剪切核(3)内壁的倾斜角度与对应的所述让压锚头(2)侧壁的倾斜角度相同。
4.根据权利要求1所述的摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，其特征在于：所述小内径段(6)内壁上设有环状的第二挡板(7)，该第二挡板(7)靠近所述小内径段(6)外端。
5.根据权利要求4所述的摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，其特征在于：所述大内径段(4)、第一挡板(5)、小内径段(6)和第二挡板(7)一体成型。
6.根据权利要求1所述的摩擦-剪切复合式准恒阻大变形锚索，其特征在于：所述让压锚头(2)侧壁、剪切核(3)内壁和所述套杆内壁均为粗糙面。
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