CN111456044A - 一种柔性框锚装置及其自监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柔性框锚装置及其自监测方法。包括框架上梁、框架下梁和锚索，框架下梁设于框架上梁底部，在框架上梁和框架下梁之间设有压缩弹簧和测量装置，压缩弹簧可以调节变形和压力使防护效果更好，测量装置外接显示器可以进行实时监测和预警，框架上梁上设有注浆孔，可以注浆封闭装置提高防护效果，装置通过锚索固定在边坡上。本发明的自监测方法简单有效，在装置施工安装后通过采集测量装置中的初始数据与运营周期或降雨后的数据，计算出边坡的变形值，再与设计值对比，从而监测边坡是否存在滑坡的风险。本发明的结构简单、安全可靠、制作成本低，可适用于各种土质和岩质边坡，工程应用前景广阔，本发明自监测方法简单、监测预警效果好。

Description

一种柔性框锚装置及其自监测方法

技术领域

本发明涉及边坡防护技术领域，具体涉及一种柔性框锚装置及其自监测方法。

背景技术

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，土体或者岩体沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。滑坡的机制是某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度所致。滑坡是一种常见的工程地质问题导致的自然灾害，主要发生在山区及河谷地带。滑坡可能引起山体垮塌，若滑坡后发生暴雨，形成的泥石流会对滑坡下游的建筑设施和人民生命财产造成严重危害。滑坡灾害一旦发生，造成的后果非常严重，会产生道路损毁、通讯中断以及房屋掩埋等基础设施的直接破坏现象，同时会危及灾害影响区的生命体的安全，以及影响附近居民的正常生活，造成经济损失的同时也严重破坏了周围的生态坏境。因此，滑坡地质灾害的防护和预警工作尤为重要，所以迫切需要一种可靠的边坡防护方法，并可实时监测边坡的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全可靠、成本可控、灵活操作、符合边坡灾变特性的边坡防护施工和监测新技术。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种柔性框锚装置，包括框架梁和锚索，所述框架梁包括若干框架上梁和框架下梁，若干所述框架上梁交叉连接组成网状结构，所述框架下梁活动设于所述框架上梁的底部，且所述框架下梁与边坡紧密贴合，所述框架下梁和所述框架上梁之间设有若干测量装置，所述框架上梁通过所述锚索固定在边坡上。

进一步，所述框架上梁为“U”型结构，所述框架下梁设于所述“U”型结构内，所述框架下梁也为“U”型结构，所述框架上梁“U”型结构的开口与所述框架下梁“U”型结构的开口相对，此设计的目的是使所述框架上梁与所述框架下梁之间保留有空间，方便在此空间内安装压缩弹簧以及测量装置，通过压缩弹簧使得整个柔性框锚装置更具柔性。

进一步，所述框架上梁与所述框架下梁之间设有压缩弹簧，所述框架上梁上设有调节螺杆，所述框架上梁上固定连接有上螺母，所述所述调节螺杆贯穿所述框架上梁并与所述上螺母螺纹连接，所述压缩弹簧的一端固定连接在所述框架下梁“U”型结构的底部，另一端与所述调节螺杆连接，在框架上梁上设置调节螺杆并使调节螺杆穿过所述框架上梁“U”型结构的底部，然后在框架上梁U”型结构底部的外侧固定连接上螺母，使所述调节螺杆穿过所述框架上梁并与固定在所述框架上梁上的所述上螺母螺纹连接，此设计目的是使得工作人员可以更加方便的通过操作调节螺杆来调节压缩弹簧的弹簧压力，从而使框架下梁始终保持与边坡表面的紧密接触，达到对边坡防护的目的，当边坡发生变形使压缩弹簧的压力过低时可以通过操作调节螺杆，将调节螺杆向框架下梁的方向拧紧，使调节螺杆向框架下梁靠近，同时将压缩弹簧进行压缩，从而提高压缩弹簧的弹力，使框架下梁与边坡的表面紧密接触，提高对边坡的防护效果。

进一步，在同一根所述框架上梁上的相邻两个所述锚索之间设置两组所述压缩弹簧，两组所述压缩弹簧将相邻两个所述锚索之间的距离三等分，所述压缩弹簧每组设置4个，此设计可以使整个柔性框锚装置的框架上梁与框架下梁之间支撑的更加稳定，通过多个压缩弹簧使装置可以获得更佳的弹性支撑效果，每组压缩弹簧均匀的设置在同一根框架上梁上的相邻两个锚索之间的三等分位置处，这样可以使框架梁整体受力更加均匀，体现出柔性的特点。

进一步，所述框架上梁与所述框架下梁之间还设有若干测量装置，所述测量装置一端设有用于外接显示装置的测量端子，所述测量装置一端连接在所述框架上梁“U”型结构的底部，另一端连接在所述框架下梁“U”型结构的底部，所述测量端子连接在所述框架上梁“U”型结构的底部，通过在框架上梁与框架下梁之间设置测量装置可以实时监测框架梁的压缩变形情况，并在测量装置的一端设置测量端子，在测量端子上外接显示装置，通过外接的显示装置可以更加直观反应出边坡表面的变形情况，方便根据边坡表面的具体情况对边坡进行及时的防护和监测预警。

进一步，在同一根所述框架上梁上的相邻两个所述锚索之间设置一组所述测量装置，该组所述测量装置将相邻两个所述锚索之间的距离二等分，所述测量装置每组设置2个，每组设置2个测量装置然后采集每个测量装置的数据并获取数据的平均值，此设计可以使所获取的数据更加精确，然后将测量装置设置在同一根框架上梁上的相邻两个锚索之间的二等分位置处，此设计的目的是使每组测量装置均位于框架梁的中心位置，因此测量装置所采集到的数据更加接近真实数据，使所获取的数据更加准确。

进一步，所述测量装置为电子百分表，所述测量端子与所述电子百分表电信号连接，用于将电子百分表信号输出至外接显示装置上，通过采用电子百分表可以更加准确方便的采集现场数据，在测量端子上外接显示装置可以对边坡起到更好更直接的监测预警效果。

进一步，所述框架上梁上均匀的设有注浆孔，若干所述框架上梁横纵垂直交叉连接组成网状结构，在框架上梁上均匀的设置注浆孔，此设计的目的是当整个柔性框锚装置长期处于稳定平衡状态以后，还可以选择性考虑加压闭合框架上梁与框架下梁，然后通过在注浆孔内注浆使整个柔性框锚装置封闭，从而形成一个永久稳定的边坡防护体系，将若干框架上梁横纵垂直交叉连接组成网状结构，此设计可以使防护结构更加稳定，对边坡的防护效果更好。

进一步，所述框架上梁和所述框架下梁皆采用弹性钢材制作而成，此设计使整个柔性框锚装置更加具备柔性特点，使框架下梁与边坡的土体或岩体表面紧密接触，使整个体系受力更加均匀，并且使用钢材制作减少了水泥土的使用更加便携，便于施工，缩短防护工程周期。

本发明的柔性框锚装置在施工中，所述锚索可以施加预应力，也可以不施加预应力；当锚索施加预应力时，预压应力通过所述框架上梁施加给所述压缩弹簧，然后所述压缩弹簧再传递给所述框架下梁，所述框架下梁再施加在边坡的土体或岩体表面；当锚索不施加预应力时，坡体变形时，坡面将力传递给所述框架下梁，所述框架下梁施加给所述压缩弹簧，所述压缩弹簧压缩变形，压缩变形后所述压缩弹簧再将力传递给所述框架上梁，所述框架上梁再传给锚索，使得本发明柔性框锚装置可以灵活操作。

一种柔性框锚装置的自监测方法，包括如下步骤：

(1)将所述柔性框锚装置通过所述锚索固定在边坡上，使所述压缩弹簧处于压缩状态，保持所述框架下梁与所述边坡的表面紧密接触；

(2)然后按组采集框架梁中所有测量装置中的初始数据，并按组计算出每组测量装置中数据的平均值，平均值按组依次记为A1、A2、A3、……、An，其中n为大于3的正整数；

(3)在边坡运营监测周期或降雨后根据步骤(2)的次序按组采集所有测量装置中的数据，然后计算出每组测量装置中数据的平均值，平均值依次记为B1、B2、B3、……、Bn，其中n为大于3的正整数；

(4)然后依次计算出框架梁的变形值L，框架梁的变形值L依次记为L1、L2、L3、……、Ln，其中L1＝A1-B1、L2＝A2-B2、L3＝A3-B3、……、Ln＝An-Bn，n为大于3的正整数；

(5)当框架梁变形值L发生正向突变(即边坡的正向变形)，则说明相应位置坡体有灾变的可能，当变形值L超过设计值时，则需要采取措施对边坡表面进行加固或修复；

(6)当框架梁变形值L发生负向突变(即边坡的负向变形)，则说明相应位置坡体框架梁松弛，当变形值L超过设计值时，则需要采取紧固措施，通过控制调节螺杆，加大压缩弹簧的弹簧压力，使框架下梁与边坡表面继续保持紧密接触。

本发明的自监测方法为通过采集设置在框架梁内的测量装置中的初始数据和运营周期或降雨后测量装置中的监测数据，然后根据采集的数据计算得出框架梁的变形值，通过计算出的变形值与设计值相比较即可对边坡是否存在变形风险进行监测预警，监测方法简单，监测预警效果好。

本发明的有益效果：

(1)本发明的结构简单、安全可靠、成本低、方便操作、符合边坡灾变特性的边坡防护施工和监测新技术，本发明充分发挥了柔性框锚体系压力和变形协调的作用，形成了有效防护和自监测的作用，利用框架梁内压缩弹簧调节压力的功能，对坡体进行有效防护，并可实时监测、调节变形和压力，防范边坡灾变，充分提高了边坡防护的有效性；当整个柔性框锚装置长期处于稳定平衡状态以后，还可选择性考虑加压闭合框架上梁和框架下梁，通过在均匀设置于框架上梁上的注浆孔内注浆，使整个柔性框锚装置封闭，形成永久稳定的边坡防护体系，对边坡防护效果更好。

(2)将本发明的柔性框锚装置施工安装于边坡后，使压缩弹簧始终处于压缩状态，另外本发明柔性框锚装置中的框架上梁和框架下梁均采用弹性钢材制备，可以保证框架下梁与边坡表面紧密接触，使整个装置体系受力均匀表现出柔性特点，测量装置可实时监测框架梁的压缩变形情况，并可换算出压缩弹簧的弹簧压力，对锚框体系进行实时监测，当弹簧压力过低时可以通过旋转框架上梁外侧的调节螺杆，使调节螺杆向框架下梁靠近，将压缩弹簧进行压缩，来提高压缩弹簧的弹簧压力，整个装置在边坡防护过程中，通过协调变形，形成了有效的防护结构，并可以进行实时监测预警，保证了坡体的安全性。

(3)本发明的自监测方法简单，其监测预警效果好，本发明符合边坡灾变特性的边坡防护施工和监测新技术，本发明可适用于各种土质和岩质边坡，工程应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明柔性框锚装置的俯视图；

图2为本发明柔性框锚装置的边坡防护剖面图；

图3为图1中A-A位置处的剖面图；

图4为图1中B-B位置处的剖面图；

图5为本发明柔性框锚装置中框架梁加压闭合状态下图1中A-A位置及B-B位置处的剖面图；

图6为本发明柔性框锚装置注浆封闭后图1中A-A位置及B-B位置处的剖面图。

图中：1锚索、2框架上梁、3调节螺杆、4注浆孔、5框架下梁、6压缩弹簧、7上螺母、8测量装置、9测量端子。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细阐述：

实施例

如图1或3所示，一种柔性框锚装置，包括U型结构的框架上梁2、U型结构的框架下梁5和锚索1，框架上梁2之间横纵垂直交叉连接组成网状结构，框架下梁5安装在框架上梁2的U型结构内部，框架上梁2和框架下梁5两者的U型结构开口相对；如图3所示，在框架下梁5与框架上梁2之间设置压缩弹簧6，框架上梁2上设有调节螺杆3，框架上梁2上还固定连接有上螺母7，调节螺杆3贯穿框架上梁2的U型结构的底部并与上螺母7螺纹连接，压缩弹簧6一端连接在框架下梁5的U型结构的底部，另一端与调节螺杆3连接，调节螺杆3用于调节压缩弹簧6的弹簧压力(将调节螺杆3向框架下梁5拧紧靠近可以使压缩弹簧6压缩，从而提高压缩弹簧6的弹簧压力)，在同一根框架上梁2上的相邻两个锚索1之间设置两组压缩弹簧6，两组压缩弹簧6将相邻两个锚索1之间的距离三等分，压缩弹簧6每组设置4个；如图4所示，在框架下梁5与框架上梁2之间还设置有测量装置8，测量装置8的一端设有用于外接显示装置的测量端子9，通过外接的显示装置可以对边坡进行监测预警，测量装置8一端连接在框架下梁5的U型结构的底部，另一端连接在框架上梁2的U型结构的底部，测量端子9也连接在框架上梁2的U型结构的底部上，在同一根框架上梁2上的相邻两个锚索1之间设置一组测量装置8，该组测量装置8将相邻两个锚索1之间的距离二等分；如图1所示，框架上梁2上还均匀的设有注浆孔4；如图2所示，通过锚索1将整个柔性框锚装置施工安装在边坡表面进行边坡防护，使框架下梁5的底部与边坡表面的土体或岩体紧密接触，此时柔性框锚装置中框架梁处于工作状态，此时图1中A-A位置处及B-B位置处的剖面图分别如图3和图4所示；在施工中锚索1可以施加预应力，也可以不施加预应力，当锚索1施加预应力时，预压应力通过框架上梁2施加给压缩弹簧6，压缩弹簧将力传递给框架下梁5，框架下梁5将力施加到边坡的土体或岩体表面进行防护；当锚索1不施加预应力时，坡体变形时，坡面将力传递给框架下梁5，框架下梁5将力施加给压缩弹簧6，压缩弹簧6压缩变形，然后压缩弹簧6将力传递给框架上梁2，框架上梁2将力再传给锚索1，本装置操作灵活；当整个柔性框锚装置安装后长期处于稳定平衡状态时，可以选择性考虑将装置加压闭合，加压闭合后图1中A-A位置处及B-B位置处的剖面图如图5所示；然后可以通过在注浆孔4内注浆使整个柔性框锚装置封闭，形成一个永久稳定的防护体系，使整个装置对边坡的防护效果更好，装置注浆封闭后图1中A-A位置处及B-B位置处的剖面图如图6所示。

一种柔性框锚装置的自监测方法，包括如下步骤：

(1)将柔性框锚装置通过锚索1固定在边坡上，使压缩弹簧6处于压缩状态，保持框架下梁5与边坡的表面紧密接触；

(2)然后按组采集框架梁中所有电子百分表9中的初始数据，并按组计算出每组电子百分表9中数据的平均值，平均值按组依次记为A1、A2、A3、……、An，其中n为大于3的正整数；

(3)在边坡运营监测周期或降雨后根据步骤(2)的次序按组采集所有电子百分表9中的数据，然后计算出每组电子百分表9中数据的平均值，平均值依次记为B1、B2、B3、……、Bn，其中n为大于3的正整数；

(4)然后依次计算出框架梁的变形值L，框架梁的变形值L依次记为L1、L2、L3、……、Ln，其中L1＝A1-B1、L2＝A2-B2、L3＝A3-B3、……、Ln＝An-Bn，n为大于3的正整数；

(5)当框架梁变形值L发生正向突变(即边坡发生正向变形，正向变形L值(位移值)变大，边坡正向变形使边坡表面的土体或岩体将框架下梁顶起，使框架下梁向框架上梁靠近)，则说明相应位置坡体有灾变的可能，当变形值L超过设计值时，则需要采取措施对坡面进行加固或修复；

(6)当框架梁变形值L发生负向突变(即边坡发生负向变形，负向变形L值(位移值)减小，边坡负向变形使边坡表面的土体或岩体与框架下梁脱离，使架下梁与边坡之间没有支撑，由于框架下梁没有了支撑力，在压缩弹簧弹力的作用下框架下梁远离框架上梁)，则说明相应位置坡体框架梁松弛，当变形值L超过设计值时，则需要采取紧固措施，通过控制调节螺杆3，加大压缩弹簧6的弹簧压力，使框架下梁5与坡面继续保持紧密接触，对边坡进行防护并监测预警。

上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种柔性框锚装置，其特征在于，包括框架梁和锚索(1)，所述框架梁包括若干框架上梁(2)和框架下梁(5)，若干所述框架上梁(2)交叉连接组成网状结构，所述框架下梁(5)活动设于所述框架上梁(2)的底部，且所述框架下梁(5)与边坡紧密贴合，所述框架下梁(5)和所述框架上梁(2)之间设有若干测量装置(8)，所述框架上梁(2)通过所述锚索(1)固定在边坡上。

2.根据权利要求1所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，所述框架上梁(2)为“U”型结构，所述框架下梁(5)设于所述“U”型结构内，所述框架下梁(5)也为“U”型结构，所述框架上梁(2)“U”型结构的开口与所述框架下梁(5)“U”型结构的开口相对。

3.根据权利要求2所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，所述框架上梁(2)与所述框架下梁(5)之间设有压缩弹簧(6)，所述框架上梁(2)上设有调节螺杆(3)，所述框架上梁(2)上固定连接有上螺母(7)，所述调节螺杆(3)贯穿所述框架上梁(2)并与所述上螺母(7)螺纹连接，所述压缩弹簧(6)的一端固定连接在所述框架下梁(5)“U”型结构的底部，另一端与所述调节螺杆(3)连接。

4.根据权利要求3所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，在同一根所述框架上梁(2)上的相邻两个所述锚索(1)之间设置两组所述压缩弹簧(6)，两组所述压缩弹簧(6)将相邻两个所述锚索(1)之间的距离三等分，所述压缩弹簧(6)每组设置4个。

5.根据权利要求2所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，所述框架上梁(2)与所述框架下梁(5)之间还设有若干所述测量装置(8)，所述测量装置(8)一端设有用于外接显示装置的测量端子(9)，所述测量装置(8)一端连接在所述框架上梁(2)“U”型结构的底部，另一端连接在所述框架下梁(5)“U”型结构的底部，所述测量端子(9)连接在所述框架上梁(2)“U”型结构的底部。

6.根据权利要求5所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，在同一根所述框架上梁(2)上的相邻两个所述锚索(1)之间设置一组所述测量装置(8)，该组所述测量装置(8)将相邻两个所述锚索(1)之间的距离二等分，所述测量装置(8)每组设置2个。

7.根据权利要求5所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，所述测量装置(8)为电子百分表，所述测量端子(9)与所述电子百分表电信号连接，用于将电子百分表信号输出至外接显示装置上。

8.根据权利要求1所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，所述框架上梁(2)上均匀的设有注浆孔(4)，若干所述框架上梁(2)横纵垂直交叉连接组成网状结构。

9.根据权利要求1所述的一种柔性框锚装置，其特征在于，所述框架上梁(2)与所述框架下梁(5)采用弹性钢材制作而成。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种柔性框锚装置的自监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)将所述柔性框锚装置通过所述锚索(1)固定在边坡上，使所述压缩弹簧(6)处于压缩状态，保持所述框架下梁(5)与所述边坡的表面紧密接触；

(2)然后按组采集框架梁中所有测量装置(8)中的初始数据，并按组计算出每组测量装置(8)中数据的平均值，平均值按组依次记为A1、A2、A3、……、An，其中n为大于3的正整数；

(3)在边坡运营监测周期或降雨后根据步骤(2)的次序按组采集所有测量装置(8)中的数据，然后计算出每组测量装置(8)中数据的平均值，平均值依次记为B1、B2、B3、……、Bn，其中n为大于3的正整数；

(4)然后依次计算出框架梁的变形值L，框架梁的变形值L依次记为L1、L2、L3、……、Ln，其中L1＝A1-B1、L2＝A2-B2、L3＝A3-B3、……、Ln＝An-Bn，n为大于3的正整数；

(5)当框架梁变形值L发生正向突变，则说明相应位置坡体有灾变的可能，当变形值L超过设计值时，则需要采取措施对边坡表面进行加固或修复；

(6)当框架梁变形值L发生负向突变，则说明相应位置坡体框架梁松弛，当变形值L超过设计值时，则需要采取紧固措施，通过调节弹簧螺杆(3)，加大压缩弹簧(6)的弹簧压力，使框架下梁(5)与边坡表面继续保持紧密接触。

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