CN109750664B - 一种新型双极恒阻大变形锚杆构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型双极恒阻大变形锚杆构件，包括锚固段、双极恒阻构件和自由段，双极恒阻构件包括A滑移套管、A恒阻滑移体、锚索、B恒阻滑移体和B滑移套管，锚索的两端分别连接A恒阻滑移体和B恒阻滑移体，A恒阻滑移体和B恒阻滑移体分别沿A滑移套管和B滑移套管的内腔滑动；锚固段与A滑移套管连接，自由段与B滑移套管连接。本发明采用双极恒阻构件以及预应力锚索，在岩土体发生变形时，锚杆变形，并消耗岩土体的变形能，确保锚固力的稳定持续。双恒阻滑移体的设计，大大增加了新型双极恒阻大变形锚杆构件的伸长量，使其对岩土体提供持续的抗拉力，吸能效果显著，对大变形锚杆的发展具有重要的意义。

Description

一种新型双极恒阻大变形锚杆构件

技术领域

本发明属于锚固支护领域，具体涉及一种新型双极恒阻大变形锚杆构件。

背景技术

现代社会，人类的生产活动日益增加，使得与岩土体相关的灾害更加频繁和剧烈。例如，大型的滑坡、泥石流、硐室坍塌、巷道的极限变形(岩爆、顶板垮塌、底鼓)、地震等。由于岩土体为非均质、非连续介质，其强度和变形受外在条件影响较大，在荷载作用下极易发生非线性大变形问题。大变形问题产生的表现形式为，岩土体将多余的能量释放出来，继而使其内在达到新的力学平衡，但这个过程会对人类活动造成巨大的灾害。

边坡工程，不论岩质边坡还是土质边坡，它们在发生滑坡时都具有大范围、瞬间性、高能量，而一般支护锚杆的延伸率为21％左右，在锚杆发生径缩时，其持续性的抗拉力不足，导致吸能效果极差。因此使得此种支护锚杆无法应对超出其自身变形量以外的变形，同时也不能有效的吸收边坡失稳时瞬间释放的能量，继而使其发生破断失效，这对工程中的安全非常不利。

为了最大程度的减小灾害影响，有效控制和监测灾害的发生，亟需使用具有较高强度以及大变形力学特性的锚索对岩土体进行加固防护。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的新型双极恒阻大变形锚杆构件。

发明内容

本发明的目的在于提供新型双极恒阻大变形锚杆构件以至少解决目前支护锚杆延伸率不足，强度不够，吸能效果差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型双极恒阻大变形锚杆构件，所述双极恒阻大变形锚杆构件依次包括锚固段、双极恒阻构件和自由段，所述双极恒阻构件包括A滑移套管、A恒阻滑移体、锚索、B恒阻滑移体和B滑移套管，所述锚索的两端分别连接所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体；所述A滑移套管和所述B滑移套管分别套设在所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体的外部，所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体分别沿所述A滑移套管和所述B滑移套管的内腔滑动；所述锚固段的一端部与所述A滑移套管的一端部连接，所述B滑移套管的一端部与所述自由段的一端部连接。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体上均沿轴线设置有安装孔，所述锚索的两端分别穿过所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体上的安装孔后并固定。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述A滑移套管和所述B滑移套管的内腔均设置有锥度，所述A滑移套管的一端部内腔的内径大于所述A滑移套管的另一端部内腔的内径，所述B滑移套管的一端部内腔的内径大于所述B滑移套管的另一端部内腔的内径。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述锚杆还包括防护套管，所述防护套管套设在所述A滑移套管和所述B滑移套管的外表面上。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述锚固段与所述A滑移套管之间通过螺纹连接，所述自由段与所述B滑移套管之间通过螺纹连接。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述防护套管的长度大于所述锚索的长度。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述锚索为预应力锚索。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述锚索的两端分别穿过所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体上的安装孔后用卡扣锁紧。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述锚杆还包括力学传感器，所述力学传感器设置在所述自由段与所述B滑移套管的连接处，用于测量所述自由段受到的拉力。

如上所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，优选，所述锚杆还包括位移传感器，至少两个所述位移传感器分别固定在所述A滑移套管和所述B滑移套管上。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供一种新型双极恒阻大变形锚杆构件，通过设置双极恒阻构件，采用预应力锚索，在岩土体发生轻微变形时，预应力锚索发生弹性变形，并消耗岩土体的变形能，确保锚固力的稳定持续。在锚索的两端连接恒阻滑移体，恒阻滑移体安装在滑移套管内，通过恒阻滑移体与滑移套之间的摩擦滑移，抵消其中一部分岩土体所产生的变形，并消耗一定变形能，有效控制岩土体变形。滑移套管内腔设置锥度，使本发明的新型双极恒阻大变形锚杆构件射伸长量越大，恒阻滑移体和滑移套管之间的摩擦力增大，此时新型双极恒阻大变形锚杆构件能提供的锚固力也是逐渐增大，对岩土体的变形有很好的锚固作用。双恒阻滑移体的设计，在使用时避免了因滑移体卡壳造成锚杆失去伸长能力，从而过早损坏锚杆。该结构大大增加了新型双极恒阻大变形锚杆构件的伸长量，使其提供持续性的抗拉力，吸能效果显著。对大变形锚杆的发展具有重要的意义。通过设置位移传感器和力学传感器，对岩土体内的变形力和变形过程进行监测，然后将两方面的科学数据对应起来，对研究岩土体的变形机理和规律有非常重要的意义。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的双极恒阻大变形锚杆构件结构示意图。

图中：1、锚固段；21、A滑移套管；22、A恒阻滑移体；23、锚索；24、B恒阻滑移体；25、B滑移套管；26、防护套管；3、自由段。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供一种新型双极恒阻大变形锚杆构件，依次包括锚固段1、双极恒阻构件和自由段3，锚固段1和自由段3分别与双极恒阻构件的两端连接。双极恒阻构件包括A滑移套管21、A恒阻滑移体22、锚索23、B恒阻滑移体24和B滑移套管25，锚索23的两端分别连接A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24，A滑移套管21和B滑移套管25分别套设在所述A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24的外部，A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24分别沿A滑移套管21和B滑移套管25的内腔滑动；锚固段1的一端部与A滑移套管21的一端部连接，B滑移套管25的一端部与自由段3的一端部连接。

在应用时，依次连接上述部件，将锚固段1锚固在锚杆孔里，调整自由段3，使锚杆处于拉紧状态，将自由段3相对于锚杆孔口的岩土体固定，当土体发生边坡失稳变形时，拉动A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24分别沿A滑移套管21和B滑移套管25的内腔滑动，在摩擦滑动的过程中，抵消其中一部分岩土体所产生的变形，并消耗一定变形能，从而维护边坡稳定。

在本发明的实施例中，A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24分别由高强度碳素钢制成，为恒阻的核心构件。A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24上沿轴线方向均设置有安装孔，锚索23的两端分别穿过A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24上的安装孔并使用卡扣锁紧固定。

岩土体的变形量越大时，其产生的变形力也逐渐加大，为了在岩土体变形量比较大时也产生良好的锚固效果，在本实施例中，A滑移套管21和B滑移套管25的内腔均设置有锥度，A滑移套管21的一端部内腔的内径大于A滑移套管21的另一端部内腔的内径，B滑移套管25的一端部内腔的内径大于B滑移套管25的另一端部内腔的内径。

在应用时，A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24分别沿着A滑移套管21和B滑移套管25的内腔移动，A滑移套管21和B滑移套管25之间的距离越远，A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24分别与A滑移套管21和B滑移套管25的内腔的过盈配合程度越大，其摩擦力也越大，此时锚杆能提供的锚固力也是逐渐增大。同时，因为A恒阻滑移体22与A滑移套管21之间、B恒阻滑移体24与B滑移套管25之间均为摩擦力，在具体生产时，很难保证锚索23两端的A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24受到的摩擦力是完全相同的，假如A滑移套管21和B滑移套管25的内腔均为直筒状的话，受到摩擦力比较小的一个恒阻滑移体会沿着其配合的滑移套管移动，而受到摩擦力较大的另一个恒阻滑移体会静止不动，直接会导致较小摩擦力的恒阻滑移体脱离滑移套管，使该新型双极恒阻大变形锚杆构件过早失去作用，从而失去其中一个恒阻滑移体与滑移套管的变形行程。通过在A滑移套管21和B滑移套管25的内腔均设置有锥度，可以确保A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24持续受到的摩擦力均逐渐增加，使A恒阻滑移体22和B恒阻滑移体24同时或者交替运动，使本发明的双极恒阻大变形锚杆构件的伸长量大大增加。满足对岩土体的锚固效果大大增强。

如上的新型双极恒阻大变形锚杆构件，作为优选方案，锚杆还包括防护套管26，防护套管26套设在A滑移套管21和B滑移套管25的外表面。防护套管26与A滑移套管21和B滑移套管25之间滑动连接，在将锚杆安装入锚杆孔时，防护套管26可以保护锚索23，避免安装过程中锚索23受到损坏，同时，安装使用过程中，防护套管26可以防止岩土体变形导致岩土碎渣覆盖锚索23，造成锚索23损坏过早断裂从而影响锚固效果。为了达到防护效果，防护套管26的长度大于锚索23的长度。

在本发明的实施例中，锚固段1和自由段3均采用高强度钢材料，锚固段1与A滑移套管21之间通过螺纹连接，自由段3与B滑移套管25之间通过螺纹连接。螺纹连接，连接强度比较高，安装方便快捷，优选地，滑移套管和自由段3、锚固段1之间的连接螺纹均为高强度螺纹，进一步提高连接强度。

如上的新型双极恒阻大变形锚杆构件，作为优选方案，锚索23为高强度预应力锚索。在使用时，将锚杆安装入锚杆孔并对锚固段1进行固定后，拉紧自由段3，使锚索23处于拉伸状态，在岩土体变形的力小于恒阻滑移体与滑移套管之间的摩擦力时，锚索23拉伸抵消岩土体的变形能，当岩土体的变形程度大于锚索23的拉伸极限时，恒阻滑移体与滑移套管之间产生相对运动，通过锚杆的延伸抵消其中一部分岩土体所产生的变形，通过摩擦抵消部分变形能。

如上的新型双极恒阻大变形锚杆构件，作为优选方案，锚杆还包括力学传感器(图未示)，力学传感器设置在自由段3与B滑移套管25的连接处，使力学传感器完成自由段3与B滑移套管25之间的力的传递，用于测量自由段3受到的拉力。锚杆在锚固的时候，通过力学传感器可以实时监测锚杆收到的力，为后续岩土体的锚固方案的优化提供数据参考。进一步地，锚杆还包括位移传感器，至少两个位移传感器分别固定在A滑移套管21和B滑移套管25上。用于测量自由段3相对于锚固段1之间的位移，也就是本发明的新型双击恒阻大变形锚杆的伸长量，将位移传感器和力学传感器结合使用，对岩土体内的变形力和变形过程进行监测，然后将两方面的科学数据对应起来，对研究岩土体的变形机理和规律有非常重要的意义。

本发明的双极恒阻大变形锚杆构件的主要原理是，将双极恒阻大变形锚杆构件安装在工程岩土体上，首先把其中穿过岩土体结构面的锚固段1与岩土体进行浇筑，使它们紧密结合在一然最后对整体双极恒阻大变形锚杆构件进行张拉预紧，使其与岩土体完全耦合为一体，形成一种力学平衡状态。当岩土体在受到外在因素扰动时(降雨、荷载、爆破、开挖、地震等)，其自身会发生缓慢的变形，此时会对双极恒阻大变形锚杆构件产生一定的拉力载荷。当岩土体所提供的拉力载荷小于锚杆设计的最小启动强度时，锚杆仅发生一定的弹性变形(具体表现为锚索23产生弹性变形)，且使岩土体处于稳定状态；当岩土体所提供的拉力载荷大于锚杆设计的最小启动强度时，双极恒阻构件开始工作，首先内嵌式恒阻滑移体会在滑移套管内发生滑移，抵消其中一部分岩土体所产生的变形，并消耗一定变形能，最终达到有效控制岩土体变形的目的。

综上所述，本发明提供一种新型双极恒阻大变形锚杆构件，通过设置双极恒阻构件，采用预应力锚索，在岩土体发生轻微变形时，预应力锚索发生弹性变形，并消耗岩土体的变形能，确保锚固力的稳定持续。在锚索的两端连接恒阻滑移体，恒阻滑移体安装在滑移套管内，通过恒阻滑移体与滑移套之间的摩擦滑移，抵消其中一部分岩土体所产生的变形，并消耗一定变形能，有效控制岩土体变形。滑移套管内腔设置锥度，使本发明的新型双极恒阻大变形锚杆构件射伸长量越大，恒阻滑移体和滑移套管之间的摩擦力增大，此时新型双极恒阻大变形锚杆构件能提供的锚固力也是逐渐增大，对岩土体的变形有很好的锚固作用。双恒阻滑移体的设计，在使用时避免了因滑移体卡壳造成锚杆失去伸长能力，从而过早损坏锚杆。该结构大大增加了新型双极恒阻大变形锚杆构件的伸长量，使其提供持续性的抗拉力，吸能效果显著。对大变形锚杆的发展具有重要的意义。通过设置位移传感器和力学传感器，对岩土体内的变形力和变形过程进行监测，然后将两方面的科学数据对应起来，对研究岩土体的变形机理和规律有非常重要的意义。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型双极恒阻大变形锚杆构件，所述双极恒阻大变形锚杆构件依次包括锚固段、双极恒阻构件和自由段，其特征在于，所述双极恒阻构件包括A滑移套管、A恒阻滑移体、锚索、B恒阻滑移体和B滑移套管，所述锚索的两端分别连接所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体；所述A滑移套管和所述B滑移套管分别套设在所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体的外部，所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体分别沿所述A滑移套管和所述B滑移套管的内腔滑动；所述锚固段的一端部与所述A滑移套管的一端部连接，所述B滑移套管的一端部与所述自由段的一端部连接；

所述锚杆还包括防护套管，所述防护套管套设在所述A滑移套管和所述B滑移套管的外表面上；

所述锚索为预应力锚索；

所述A滑移套管和所述B滑移套管的内腔均设置有锥度，所述A滑移套管的一端部内腔的内径大于所述A滑移套管的另一端部内腔的内径，所述B滑移套管的一端部内腔的内径大于所述B滑移套管的另一端部内腔的内径。

2.如权利要求1所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，其特征在于，所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体上均沿轴线设置有安装孔，所述锚索的两端分别穿过所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体上的安装孔后并固定。

3.如权利要求1所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，其特征在于，所述锚固段与所述A滑移套管之间通过螺纹连接，所述自由段与所述B滑移套管之间通过螺纹连接。

4.如权利要求1所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，其特征在于，所述防护套管的长度大于所述锚索的长度。

5.如权利要求2所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，其特征在于，所述锚索的两端分别穿过所述A恒阻滑移体和B恒阻滑移体上的安装孔后用卡扣锁紧。

6.如权利要求1所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，其特征在于，所述锚杆还包括力学传感器，所述力学传感器设置在所述自由段与所述B滑移套管的连接处，用于测量所述自由段受到的拉力。

7.如权利要求1所述的新型双极恒阻大变形锚杆构件，其特征在于，所述锚杆还包括位移传感器，至少两个所述位移传感器分别固定在所述A滑移套管和所述B滑移套管上。

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