CN112177648A - 一种新型抗剪切大变形吸能锚杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗剪切大变形吸能锚杆，包括锚杆和套管。所述锚杆分为n段，n≥2；每一段的两端均设有若干圈锥形卡齿，其中最外端的一段，一端设若干圈锥形卡齿，另一端为螺纹；所述套管的个数为n‑1个；各套管内径大于锚杆外径，套管由m节组成，每节之间用拉伸弹簧连接且套管两端的最外面一节内壁上设有一圈与锚杆的锥形卡齿对应的卡齿。所述锥形卡齿的齿面为由内向外增高的斜面。所述套管的刚度大于所述锚杆刚度。锚杆各段与套管构成锚固单元，锚固单元预设在剪切大变形段，承担地质体剪切变形。本发明抗剪切大变形吸能锚杆，可承受轴向大变形，又可承担侧向大变形，能够同时实现轴向、侧向大变形，同时可实现滑坡变形能。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于岩土工程技术领域中的锚杆，具体说是一种抗剪切大变形吸能锚杆。
技术背景
在过去的四十年中，深度采矿及其相关的地质灾害已成为主要研究重点。澳大利亚的地下采矿深度约为2公里，加拿大的深度超过3公里，南非的深度约为4公里。而在我国，随着煤矿开采深度的增加，出现了许多地质条件复杂的巷道，其中最大开采深度已达1500m。高地应力、围岩的能量积累和变形，频繁发生剥落、劈裂、岩爆等危害，故而支护结构在深部采矿工程中十分重要。而在地表地质灾害中，滑坡广泛存在于世界各地，特别是我国中西部山区，而在治理工程中，通常由于滑坡的大变形而导致抗滑结构发生失效，特别是在地震、库水位波动等诱发因素作用下。故在锚杆设计时除了静态机械性能外，还应考虑其动态性能以确保锚杆既可以承受大变形又可以承受高动荷载，从而它具有非常好的能量吸收效果。
《A novel energy-absorbing rock bolt with high constant workingresistance and long elongation: Principle and static pull-out test》（Construction and Building Materials，第243期，Hao Y, Wu Y, Ranjith P.G, 等），公开了一种通过钢珠联结锚杆与套管的结构：套管内径大于锚杆直径，同时内径具有一定的坡度，在套筒管的上端焊接有一个中空圆形孔的面板。钢球均匀地布置在面板上的内表面。锚杆与套管通过钢球的接触连接在一起。钢珠的位置由球体直径、套管与锚杆的间距所决定。在锚杆的外端，有一段螺纹，连接螺母。工作时钢球被螺母紧紧压在套筒管和锚杆上。其工作原理为：通过在岩体变形产生的轴向力作用下，钢珠在螺母压力作用下嵌入套管来提供恒阻力，当轴力增大，钢珠嵌入深度增大，套管逐渐被拔出，锚杆伸长，以此来适应岩体的大变形。该结构可以很好的吸收岩体变形能，但缺陷是无法抵抗地质体的剪切变形，发生剪断，而且在套管被拔出的过程中能量未能得到及时、快速耗散，导致结构寿命不长，最大承载力不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种抗剪切大变形吸能锚杆，其结构即可承受轴向大变形，又可承担侧向大变形。可同时实现轴向、侧向大变形，同时可实现滑坡变形吸能、散能。
本发明抗剪切大变形吸能锚杆，包括锚杆和套管，其特征在于：所述锚杆分为n段，n≥2。每一段的两端均设有若干圈锥形卡齿，其中最外端的一段，一端设若干圈锥形卡齿，另一端为螺纹（用于紧固螺栓）。所述套管的个数为n-1个；各套管内径大于锚杆外径，套管由m节组成，每节之间用拉伸弹簧连接且套管两端的最外面一节内壁上设有一圈与锚杆的锥形卡齿对应的卡齿。
所述锥形卡齿，其齿面为由内向外增高的斜面（锚杆段的端部为外）。每圈锥形卡齿中，多个卡齿沿锚杆圆周均匀设置。
所述套管，其刚度大于所述锚杆刚度。
锚杆各段与套管构成锚固单元，锚固单元预设在剪切大变形段，承担地质体剪切变形。探明地质体中存在多少个剪切带，然后在每个剪切带位置预设锚固单元。
工作原理：本发明锚杆植入地质体后，随着地质体剪切带变形扩展，地质体作用在锚杆上的轴力、剪切力逐渐增大，套管上的卡齿逐渐与锚杆卡齿接触，产生反作用力，为地质体提供恒阻力；随着变形逐渐增大，锚杆卡齿逐渐变形，直至卡齿破坏，释放能量；尔后套管卡齿与第二个锚杆卡齿接触，往复循环，为地质体提供持续的阻力，并持续释放能量，承受地质体的大变形。而在剪切变形方面，由于弹簧可发生承受弯曲，随着剪切变形的逐渐增大，套管也可发生一定弧度的增大，锚杆在地质体剪切带随着地质体变形而变形。
本发明抗剪切大变形吸能锚杆，可承受轴向大变形，又可承担侧向大变形，能够同时可逐级快速消耗变形能，延长结构寿命，提高承载力。
附图说明
图1是本发明抗剪切大变形吸能锚杆结构示意图。
图2是锚固单元结构示意图。
图3是锚固单元中锚杆截面图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例
如图1所示，本发明抗剪切大变形吸能锚杆，包括锚杆4和套管5。所述锚杆分为3段，n=3。中间段的两端均设有5圈锥形卡齿7，每圈设4个锥形卡齿（见图3），4个卡齿沿锚杆圆周均匀设置。最外端的一段，一端设5圈锥形卡齿7，另一端为螺纹（用于紧固螺栓）。最内部的一段，前端是锚固段，后端设5圈锥形卡齿7。所述锥形卡齿7，其齿面为由内向外增高的斜面（锚杆段的端部为外）。所述套管5的个数为2个；各套管内径大于锚杆外径，套管由5节组成，每节之间用拉伸弹簧6连接且套管两端的最外面一节内壁上设有一圈与锚杆的锥形卡齿对应的卡齿8。所述套管，其刚度大于所述锚杆刚度。
锚杆各段与套管构成锚固单元2（见图2），锚固单元预设在剪切大变形段，承担地质体剪切变形。探明地质体中存在多少个剪切带1，然后在每个剪切带位置预设锚固单元2。
工作原理：本发明锚杆植入地质体后，锚杆的前端置入锚固段3锚固，随着地质体剪切带变形扩展，地质体作用在锚杆上的轴力、剪切力逐渐增大，套管上的卡齿逐渐与锚杆卡齿接触，产生反作用力，为地质体提供恒阻力；随着变形逐渐增大，锚杆卡齿逐渐变形，直至卡齿破坏，释放能量；尔后套管卡齿与第二个锚杆卡齿接触，往复循环，为地质体提供持续的阻力，并持续释放能量，承受地质体的大变形。而在剪切变形方面，由于弹簧可发生承受弯曲，随着剪切变形的逐渐增大，套管也可发生一定弧度的增大，锚杆在地质体剪切带随着地质体变形而变形。
Claims (4)
1.一种抗剪切大变形吸能锚杆，包括锚杆和套管，其特征在于：所述锚杆分为n段，n≥2；每一段的两端均设有若干圈锥形卡齿，其中最外端的一段，一端设若干圈锥形卡齿，另一端为螺纹；所述套管的个数为n-1个；各套管内径大于锚杆外径，套管由m节组成，每节之间用拉伸弹簧连接且套管两端的最外面一节内壁上设有一圈与锚杆的锥形卡齿对应的卡齿。
2.根据权利要求1所述的抗剪切大变形吸能锚杆，其特征是：所述锥形卡齿，其齿面为由内向外增高的斜面。
3.根据权利要求1或2所述的抗剪切大变形吸能锚杆，其特征是：所述套管，其刚度大于所述锚杆刚度。
4.根据权利要求1或2所述的抗剪切大变形吸能锚杆，其特征是：每圈锥形卡齿中，多个卡齿沿锚杆圆周均匀设置。
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