CN114411775B - 一种抗震锚索与边坡加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抗震锚具与抗震响应监测技术领域,为解决如何提高抗震韧性的技术问题,本发明提供一种抗震锚索、抗震响应监测方法与边坡加固方法,锚索的锚固段的端部通过多级锁力装置进行锚固;所述多级锁力装置包括承载板、抗震阻尼器与永久锚具;所述承载板作为位置固定构件并用于承载锚索拉力;锚固段的端部依次穿过所述承载板、抗震阻尼器与永久锚具;抗震阻尼器与所述永久锚具之间间隔有缓冲距离。采用本发明的抗震锚索作为加固装置,沿锚索拉伸方向在所述阻尼垫块上设置第一应变片;实时采集第一应变片的应变数据,并通过应变数据判断抗震阻尼器与永久锚具之的缓冲距离是否随着地震动变为0,若是,则发送抗震阻尼失效预警信息。
Description
技术领域
本发明涉及抗震锚具与抗震响应监测技术领域。
背景技术
边坡是工程建设的重要组成部分,人类生产活动中不可避免要对岩石圈的表层进行不同程度的改造,改造过程中常因地形的起伏及工程需要而形成不同高度、坡度的边坡类型,而高陡边坡便是其中较为极端的一种。其高而陡及所处环境复杂等特点,导致其很容易失稳破坏,给诸多工程建设和后期运营带来了诸多安全隐患及难题,其稳定性及治理措施的研究不得不广受关注。根据现有工程治理经验,在高陡边坡治理工程中,锚杆、预应力锚索、框架梁、加筋土及各种组合已成为主要的加固措施,其中预应力锚索依靠锚头穿过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内,从而把滑体与稳固岩层锚固在一起。
但该加固措施中,预应力锚索锚固力在高寒、地震作用及其他不利荷载作用下很容易损失而丧失锚固性能。根据研究发现,地震作用下边坡失稳的灾致滑移因素大多数归结为加固结构的损伤失效。当前锚杆、锚索采用的锁力措施基本都是依靠锚具与锚索之间的静摩擦力,不仅容易失效,而且失效后其允许锚索发生的变形位移较小,形变恢复能力差,对地震等动荷载的抵抗能力较弱,一旦失效便是永久失效。针对这一问题,研发一种具备韧性功能的抗震锚索结构是十分有必要的。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明提供一种抗震锚索,解决如何提高抗震韧性的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:一种抗震锚索,包括自由段与锚固段,所述锚固段的端部通过多级锁力装置进行锚固;所述多级锁力装置包括承载板、抗震阻尼器与永久锚具;所述承载板作为位置固定构件并用于承载锚索拉力;所述抗震阻尼器包括阻尼垫块与抗震锚具,所述抗震锚具嵌入阻尼垫块一端面内;所述阻尼垫块内设有与抗震锚具连通的弯曲过孔;
锚固段的端部依次穿过所述承载板、抗震阻尼器与永久锚具并外伸出所述永久锚具,并且锚固段位于所述弯曲过孔的部分为弯曲段;抗震锚具用于锁定锚索的初始预应力,在锚索的预应力锁定后,所述抗震阻尼器通过抗震锚具紧压在所述承载板上,所述抗震阻尼器与所述永久锚具之间间隔有缓冲距离。
进一步的,所述永久锚具包括锚芯与锚壳;所述锚芯固定套接在锚固段的端部;所述锚芯的外径沿着锚固段的外伸方向逐渐增大,所述锚壳内设有与锚芯形状匹配的变径孔,并将锚芯锁扣在内。
本发明还提供一种抗震响应监测方法,采用本发明的抗震锚索作为加固装置;沿锚索拉伸方向在所述阻尼垫块上设置第一应变片;实时采集第一应变片的应变数据,并通过应变数据判断抗震阻尼器与永久锚具之的缓冲距离是否随着地震动变为0,若是,则发送抗震阻尼失效预警信息,且缓冲距离变为0时永久锚具开始发挥作用,达到永久锚固的效果。
进一步的,根据第一应变片的应变数据计算抗震锚固段中的抗震段长度D2:
D2=d2+L2-l2
式中,d2表示抗震段的初始长度,所述抗震段是指从承载板到锚固段的端部外伸端的距离;l2表示第一应变片的初始长度,L2表示地震动过程中第一应变片的长度;
若抗震段长度D2≤D2(min),则表示阻尼器与永久锚具之的缓冲距离是否随着地震动变为0,发送锚固失效告警信息;D2(min)为所述缓冲距离为0时所标定的抗震段长度的临界值。
进一步的,通过锚固段的伸长段上设置第二应变片获取相应应变数据以计算锚固段在地震动作用下的长度D1,计算公式如下:D1=(L1/l1)×d1;式中,d1表示锚固段中的过渡段的初始长度,所述过渡段是指自由段与抗震段之间的连接部分;l1表示第二应变片的初始长度,L1表示地震动过程中第二应变片的长度;
通过在自由段上设置第三应变片获取相应应变数据以计算自由段在地震动作用下的长度D,计算公式如下:D=(L/l)×d;式中,d表示自由段的初始长度;l表示第三应变片的初始长度,L表示地震动过程中第三应变片的长度。
本发明还提供一种边坡加固方法,采用本发明的抗震锚索作为加固装置将边坡滑体与稳固岩层锚固在一起,并包括以下抗震过程:
在地震动作用下,锚索的自由段与锚固段中的过渡段伸长变形以抵抗地震动,同时抗震锚具锚固住锚固段中的抗震段,抗震段未发生伸长变形;所述抗震段是指从承载板到锚固段的端部外伸端的距离;所述过渡段是指自由段与抗震段之间的连接部分;
随着地震动增强,抗震锚具失效,阻尼垫块随着锚索的滑动被压缩变形以吸震缓冲,并且锚索上的弯曲段被逐渐拉直以抵抗地震动,同时永久锚具随着锚索的滑动逐渐靠近阻尼垫块,使得抗震阻尼器与永久锚具之间的缓冲距离逐渐减小;
随着地震动进一步增强,所述缓冲距离逐渐减小至0,永久锚具开始发挥锁力作用;
地震动减小或结束后,阻尼垫块从压缩状态自行恢复至伸展状态。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过设计特殊的抗震阻尼器与承载板和永久锚具形成多级锁力装置,随着地震动作用的增强发生逐级失效,也就是说具有多级锁力作用以应对不同强度的地震动。
2、抗震阻尼器主要由阻尼垫块与抗震锚具组成,抗震锚具失效后,阻尼垫块缓冲吸能,同时阻尼垫块内的弯曲段的拉直过程增加了变形位移,从而能够抵抗更高强度的地震动,当然,拉直后还能通过伸长变形继续抵抗地震动。另外,地震动减小或结束后,阻尼垫块能从压缩状态自行恢复至伸展状态,能够再次缓冲吸能,延长锚索寿命,增加了抗震韧性,使锚索能够更长久的发挥锚固作用。
3、本发明提供的永久锚具与现有技术中依赖静摩擦力进行锚固的原理不同,本发明中的锚芯固定连接在锚索上,锚芯与锚壳内的变径孔配合,依靠锚芯与锚壳之间的咬合力,使锚芯的大径端难以从变径孔的小端脱出,大大提高了永久锚具的锁力作用。
4、基于本发明的抗震锚索的特殊结构以及抗震原理,因此可以通过阻尼垫块上的第一应变片来监测抗震段长度并进行失效预警,从而能为滑坡的发生提前做好准备。
5、通过对锚固段中过渡段长度与自由段长度的变化监测,再与设计值对比,可以检测抗震效果。
附图说明
图1为本具体实施方式中抗震锚索整体结构示意图;
图2为图1的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。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,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。
参考图1与图2所示,一种抗震锚索,包括自由段与锚固段,所述锚固段的端部通过多级锁力装置进行锚固;所述多级锁力装置包括承载板7、抗震阻尼器与永久锚具;所述承载板7作为位置固定构件并用于承载锚索拉力;所述抗震阻尼器包括阻尼垫块5与抗震锚具6,所述抗震锚具6嵌入阻尼垫块5一端面内;所述阻尼垫块5内设有与抗震锚具6连通的弯曲过孔;
锚固段的端部依次穿过所述承载板、抗震阻尼器与永久锚具并外伸出所述永久锚具,并且锚固段位于所述弯曲过孔的部分为弯曲段;在锚索2的预应力作用下,所述抗震阻尼器通过抗震锚具6紧压在所述承载板7上,所述抗震阻尼器与所述永久锚具之间间隔有缓冲距离。
本具体实施方式中,所述永久锚具包括锚芯3与锚壳4;所述锚芯3固定套接在锚固段的端部;所述锚芯3的外径沿着锚固段的外伸方向逐渐增大,所述锚壳4内设有与锚芯形状匹配的变径孔,并将锚芯3锁扣在内。本具体实施方式中,所述锚芯由两个及以上的金属球组成,形成葫芦状锚芯。
本具体实施方式中,抗震锚索还包括套接在锚索外的抗震筒10,所述承载板固定在所述抗震筒10的内壁上。
本具体实施方式中,抗震锚索还包括交替套接在锚索上的紧箍环9与扩张环8,能够提高锚固力。另外,为了方便安装锚索,还设有导向帽1。
本具体实施方式中,抗震锚索还包括设置在自由段的端部的格构梁14;自由段的端头依次外伸出所述格构梁14、反力钢垫板12与锚头锁力锚具11,并且自由段的端头连同所述反力钢垫板12与锚头锁力锚具11预埋在混凝土封头13中。
本具体实施方式中的抗震锚索的抗震过程包括:
在地震动作用下,锚索的自由段与锚固段中的过渡段伸长变形以抵抗地震动,同时抗震锚具锚固住锚固段中的抗震段,抗震段未发生伸长变形;所述抗震段是指从承载板到锚固段的端部外伸端的距离;所述过渡段是指自由段与抗震段之间的连接部分;
随着地震动增强,抗震锚具失效,阻尼垫块随着锚索的滑动被压缩变形以吸震缓冲,并且锚索上的弯曲段被逐渐拉直以抵抗地震动,同时永久锚具随着锚索的滑动逐渐靠近阻尼垫块,使得抗震阻尼器与永久锚具之间的缓冲距离逐渐减小;
随着地震动进一步增强,所述缓冲距离逐渐减小至0,永久锚具开始发挥锁力作用;
地震动减小或结束后,阻尼垫块从压缩状态自行恢复至伸展状态。
本具体实施方式中的抗震锚索还能用于对抗震响应进行监测,具体的,采用本具体实施方式中的抗震锚索作为加固装置;沿锚索拉伸方向在所述阻尼垫块上设置第一应变片15;实时采集第一应变片的应变数据,并通过应变数据判断抗震阻尼器与永久锚具之的缓冲距离是否随着地震动变为0,若是,则发送抗震阻尼失效预警信息,且缓冲距离变为0时永久锚具开始发挥作用,达到永久锚固的效果。
根据第一应变片的应变数据计算抗震锚固段中的抗震段长度D2:
D2=d2+L2-l2
式中,d2表示抗震段的初始长度,所述抗震段是指从承载板到锚固段的端部外伸端的距离;l2表示第一应变片的初始长度,L2表示地震动过程中第一应变片的长度;
若抗震段长度D2≤D2(min),则表示阻尼器与永久锚具之的缓冲距离是否随着地震动变为0,发送抗震阻尼失效预警信息;D2(min)为所述缓冲距离为0时所标定的抗震段长度的临界值。
通过对锚固段中过渡段长度与自由段长度的变化监测,再与设计值对比,可以检测抗震效果,具体如下:
通过锚固段的伸长段上设置第二应变片16获取相应应变数据以计算锚固段在地震动作用下的长度D1,计算公式如下:D1=(L1/l1)×d1;式中,d1表示锚固段中的过渡段的初始长度,所述过渡段是指自由段与抗震段之间的连接部分;l1表示第二应变片的初始长度,L1表示地震动过程中第二应变片的长度;
通过在自由段上设置第三应变片17获取相应应变数据以计算自由段在地震动作用下的长度D,计算公式如下:D=(L/l)×d;式中,d表示自由段的初始长度;l表示第三应变片的初始长度,L表示地震动过程中第三应变片的长度。
Claims (7)
1.一种抗震锚索,包括自由段与锚固段,其特征在于:所述锚固段的端部通过多级锁力装置进行锚固;所述多级锁力装置包括承载板、抗震阻尼器与永久锚具;所述承载板作为位置固定构件并用于承载锚索拉力;所述抗震阻尼器包括阻尼垫块与抗震锚具,所述抗震锚具嵌入阻尼垫块一端面内;所述阻尼垫块内设有与抗震锚具连通的弯曲过孔;
锚固段的端部依次穿过所述承载板、抗震阻尼器与永久锚具并外伸出所述永久锚具,并且锚固段位于所述弯曲过孔的部分为弯曲段;抗震锚具用于锁定锚索的初始预应力,在锚索的预应力锁定后,所述抗震阻尼器通过抗震锚具紧压在所述承载板上,所述抗震阻尼器与所述永久锚具之间间隔有缓冲距离。
2.根据权利要求1所述的抗震锚索,其特征在于:所述永久锚具包括锚芯与锚壳;所述锚芯固定套接在锚固段的端部;所述锚芯的外径沿着锚固段的外伸方向逐渐增大,所述锚壳内设有与锚芯形状匹配的变径孔,并将锚芯锁扣在内。
3.根据权利要求2所述的抗震锚索,其特征在于:所述锚芯由两个及以上的金属球组成,形成葫芦状锚芯。
4.根据权利要求1所述的抗震锚索,其特征在于:还包括套接在锚索外的抗震筒,所述承载板固定在所述抗震筒内壁上。
5.根据权利要求1所述的抗震锚索,其特征在于:还包括交替套接在锚索上的紧箍环与扩张环。
6.一种边坡加固方法,其特征在于:采用如权利要求1~5中任一所述的抗震锚索作为加固装置将边坡滑体与稳固岩层锚固在一起,并包括以下抗震过程:
在地震动作用下,锚索的自由段与锚固段中的过渡段伸长变形以抵抗地震动作用,同时抗震锚具锚固住锚固段中的抗震段,抗震段未发生伸长变形;所述抗震段是指从承载板到锚固段的端部外伸端的距离;所述过渡段是指自由段与抗震段之间的连接部分;
随着地震动增强,抗震锚具失效,阻尼垫块随着锚索的滑动被压缩变形以吸震缓冲,并且锚索上的弯曲段被逐渐拉直以抵抗地震动,同时永久锚具随着锚索的滑动逐渐靠近阻尼垫块,使得抗震阻尼器与永久锚具之间的缓冲距离逐渐减小;
随着地震动进一步增强,所述缓冲距离逐渐减小至0,永久锚具开始发挥锁力作用;
地震动减小或结束后,阻尼垫块从压缩状态自行恢复至伸展状态。
7.根据权利要求6所述的边坡加固方法,其特征在于:还包括设置在自由段的端部的格构梁;自由段的端头依次外伸出所述格构梁、反力钢垫板与锚头锁力锚具,并且自由段的端头连同所述反力钢垫板与锚头锁力锚具采用混凝土进行封头处理。
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