CN215669583U - 一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置 - Google Patents

Abstract

一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，包括挡土板、抗震锚杆、监测装置、连接杆和控制器；抗震锚杆主体为外部涂有防锈土层的螺纹状直杆，中部带有与破碎体接触的吸能弹簧和阻尼器，当边坡受到地震等强烈周期荷载时，破碎体破碎，吸能弹簧通过变形将地震波能量转化为弹性势能，且在阻尼器的作用下将能量缓慢释放，达到抗震的目的；检测装置由球形传感器、弹簧、伸缩筒和转轴组成，由实际工程确定伸缩长度，且通过转轴可以改变检测角度；上述装置由电缆连接至控制器，控制器负责储存监测信息、预警，并同时作为电源为装置供电。本实用新型集成化较好，自动化程度高，施工及后期保养方便，可起到良好的边坡加固作用，在强震作用时也可保障边坡整体安全。

Description

一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置

技术领域

本实用新型属于公路边坡支护和监测领域，涉及一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置。

背景技术

边坡，分为人工边坡和自然边坡，一般位于公路路基两侧，是为了保证路基稳定和公路的正常使用而做成具有一定坡度的坡体结构。人工边坡由于在填筑过程涉及到人工因素会导致原有应力场发生改变，稳定性大幅降低，因此除了常规压实工作外，还需要其它措施来保证边坡的稳定性。

边坡安全性对于公路的正常使用和服役寿命有着重要影响，当发生强降雨或地震时，边坡常常发生失稳而导致滑坡事故。现有边坡加固措施中最常用的是锚杆支护，通过锚固力提高边坡的安全系数。但目前的锚杆普遍存在使用寿命低、不具有抗震功能等问题，在受到强烈的周期性荷载比如地震动时，锚杆的折断会导致边坡的失稳，甚至会对边坡造成二次伤害。

为了保证边坡的使用寿命并进行地震预警等要求，边坡的监测也愈加重要。目前常见的监测方法通常使用测杆或外部布置传感器，这种方法需要工作人员的经常调整，而且很容易受到外部因素影响而导致检测数据不可信，在地震发生时监测系统很容易被破坏，无法收集更多有价值的信息。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，不仅使边坡具有了较强的抗震性能，而且可以适应不同情况下的边坡监测，解决了上述提到的实际问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，包括土质斜坡1、用于护坡的混凝土挡土板2、用于连接监测器和锚杆的柔性连接杆3、抗震锚杆4、应力位移监测器5、用于供电和传输信息的电缆6、用于支撑控制器和挡土板的抗滑桩7、供电和储存信息的控制器8。所述土质斜坡1的坡面由混凝土挡土板2覆盖，并被抗震锚杆4贯穿至土质斜坡1以进行加固，其中，抗震锚杆4上设有连接环18。所述柔性连接杆3通过抗震锚杆4上的连接环18相互连接，柔性连接杆3上连接有监测器5，柔性连接杆3能够保持装置的整体稳定性，而且可以适应坡体内部的变形，防止地震来临时的数据失效。所述的电缆6一端与控制器8连接，另一端穿过柔性连接杆3与监测器5连接，通过监测器5收集数据以达到分析和预警的作用，且兼具供电和检修的作用。所述抗滑桩7用于支撑控制器8和支承混凝土的挡土板2。所述的抗震锚杆4和监测器5都连接在柔性连接杆3上，监测器5均匀布置于抗震锚杆4之间，且重量较轻，不会影响边坡的整体力学性质。

所述抗震锚杆4包括位于边坡外部暴露在外的杆冒11、螺母12，插入土内用于边坡加固的杆体13、垫片14，用于抗震部分的阻尼器16、破碎体17、吸能弹簧15、连接环18和防脱钩19。所述垫片14为套在杆体13上的变形协调材料，与挡土板2接触，杆冒11与杆体13为一整体但带有外螺纹，螺母12的内螺纹与杆冒11的外螺纹咬合使得锚杆4与土体1固定，用于抗震部分的阻尼器16的上部和下部分别与杆体13和吸能弹簧15焊接固定，破碎体17的上部和下部分别与阻尼器16和杆体13连接，吸能弹簧15下部与杆体13焊接固定、四周被破碎体17夹紧以固定吸能弹簧15，连接环18和防脱钩19直接焊接在杆体13上，地震时破碎体17破碎使得弹簧15被释放以便于开始吸收能量，在无地震作用下吸能弹簧15因被固定而不起作用，锚杆整体作为普通锚杆进行锚固。

所述监测器5为对称结构，位于坡体内部用于监测且可以实现任意伸长和转动，包括两个球形传感器21、弹簧22、伸缩筒23、球形转轴24和主杆25。所述传感器21通过螺丝固定在主杆25上，主杆25内部有一段空心区域用来放置弹簧22和电线，弹簧22上部和下部分别与传感器和主杆25焊接，伸缩筒23的内螺纹和主杆25的外螺纹咬合连接，伸缩长度根据具体的边坡工程进行确定，监测器5整体以转轴24为中心对称，转轴24的连接杆端与主杆25焊接，使转轴两侧的主杆25可以任意旋转。所述监测器5由控制器8进行控制实现全方位监测，球形传感器21能够实现应力和位移的双重监测，将监测数据传输给控制器8，供电和存储问题不需要自身处理，大幅度减轻了自重并方便保养。所述的伸缩筒23可根据现场情况进行伸缩，达到合理长度，且可通过转轴24调整监测角度。在静止状态时，球形传感器21对内部应力进行监测，当内部发生位移时，弹簧22被压缩，球形传感器21可以对位移进行感知，从而对变形进行监测。

进一步的，所述接触于吸能弹簧15的破碎体17为硬性混凝土，正常使用状态下作为锚杆的一部分用于加固土体，在受到地震等周期荷载作用时会发生断裂而破碎，弹簧在阻尼器作用下开始拉伸吸能。

进一步的，所述的杆冒11和杆体13尺寸一致，表面为粗螺纹状并涂有防锈涂层。

进一步的，所述的监测器5在锚杆之间均匀布置，一般布置2个即可起到监测作用。

进一步的，所述的监测器5的伸缩筒23具有伸长和缩短功能，内部为螺纹结构，可以根据具体工程调整长度。

本实用新型的有益效果为：

1本实用新型提供一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，通过对锚杆的改进使其在具有常规加固作用的同时，兼具了抗震能力，而且由于破碎体的存在，在无地震时吸能弹簧不会由于长时间的变形而松弛，时刻保持原有的吸能能力。在吸能弹簧旁边加入阻尼器使地震时只吸收能量，而地震后可以缓慢释放能量，不会对坡体造成二次伤害。

2本实用新型提供一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，监测器可以根据实际情况进行伸缩，使用转轴也可以进行全方位的监测，同时对位移和应力进行监测，不需要工作人员的频繁布置和更改。控制器具有供电、存储和维修功能，可以改变监测器的监测状态，自动化程度更高。

附图说明

图1为一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置示意图；

图2为抗震锚杆组件结构示意图；

图3为监测器组件结构示意图；

图4为伸缩筒和转轴结构示意图；图4(a)为伸缩筒结构示意图，图4(b)为转轴结构示意图。

图中：1土质斜坡；2混凝土挡土板；3柔性连接杆；4抗震锚杆；5监测器；6电缆；7抗滑桩；8控制器；11杆冒；12螺母；13杆体；14垫片；15吸能弹簧；16阻尼器；17破碎体；18连接环；19防脱钩；21球形传感器；22弹簧；23伸缩筒；24球形转轴；25主杆。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式，实用新型原理、特点及方式均再次进行详细阐述，所描述的实施例仅对高度公路路堤一级边坡，而不是全部的实施例，但本实用新型同样适用于其他人工边坡，相同的装置应用于其他类型边坡仍属于本实用新型保护的范围。

本实用新型适用于高速公路斜坡路堤等岩土边坡领域，兼具抵抗地震和监测位移、应力的功能；抗震锚杆主体为外部涂有防锈土层的螺纹状直杆，中部带有与破碎体接触的吸能弹簧和阻尼器，当边坡受到地震等强烈周期荷载时，破碎体破碎，吸能弹簧通过变形将地震波能量转化为弹性势能，且在阻尼器的作用下将能量缓慢释放，达到抗震的目的；检测装置由球形传感器、弹簧、伸缩筒和转轴组成，由实际工程确定伸缩长度，且通过转轴可以改变检测角度；上述装置由电缆连接至控制器，控制器负责储存监测信息、预警，并同时作为电源为装置供电。

一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，所述的边坡支护装置包括土质斜坡1、用于护坡的混凝土挡土板2、用于连接监测器和锚杆的柔性连接杆3、抗震锚杆4、应力位移监测器5、用于供电和传输信息的电缆6、用于支撑控制器和挡土板的抗滑桩7、供电和储存信息的控制器8；

所述土质斜坡1的坡面由混凝土挡土板2覆盖，并被抗震锚杆4贯穿至土质斜坡1并进行加固，其中，抗震锚杆4上设有连接环18；所述柔性连接杆3通过抗震锚杆4上的连接环18相互连接，柔性连接杆3上连接有监测器5，柔性连接杆3能够保持装置的整体稳定性，并能够适应坡体内部的变形，防止地震来临时的数据失效；所述的电缆6一端与控制器8连接，另一端穿过柔性连接杆3与监测器5连接，监测器5均匀布置于抗震锚杆4之间，通过监测器5收集数据以达到分析和预警的作用，并具有供电和检修的作用；所述抗滑桩7用于支撑控制器8和支承混凝土的挡土板2；所述的抗震锚杆4和监测器5都安装在柔性连接杆3上；

所述抗震锚杆4包括位于边坡外部暴露在外的杆冒11、螺母12，插入土内用于边坡加固的杆体13、垫片14，用于抗震部分的阻尼器16、破碎体17、吸能弹簧15、连接环18和防脱钩19；所述垫片14为套在杆体13上的变形协调材料，与挡土板2接触；杆冒11与杆体13为一整体结构，带有外螺纹，螺母12的内螺纹与杆冒11的外螺纹配合使锚杆4与土体1固定，用于抗震部分的阻尼器16的上部和下部分别与杆体13和吸能弹簧15焊接固定；所述破碎体17的上部和下部分别与阻尼器16和杆体13连接，吸能弹簧15下部与杆体13焊接固定、四周被破碎体17夹紧以固定吸能弹簧15，连接环18和防脱钩19直接焊接在杆体13上；地震时破碎体17破碎释放弹簧15，使其开始吸收能量，在无地震作用下吸能弹簧15因被固定不起作用，锚杆整体作为普通锚杆进行锚固；

所述监测器5为对称结构，位于坡体内部用于监测且可以实现任意伸长和转动，包括两个球形传感器21、弹簧22、伸缩筒23、球形转轴24和设有外螺纹的主杆25；所述传感器21固定在主杆25两端，主杆25内部有一段空心区域用来放置弹簧22和电线，弹簧22上部和下部分别与传感器和主杆25固接；所述伸缩筒23的内螺纹和主杆25的外螺纹咬合连接，伸缩长度根据具体的边坡工程进行确定，监测器5整体以转轴24为中心对称，转轴24的连接杆端与主杆25焊接，使转轴两侧的主杆25可以任意旋转；所述监测器5由控制器8进行控制实现全方位监测，球形传感器21能够实现应力和位移的双重监测，将监测数据传输给控制器8；所述的伸缩筒23可根据现场情况进行伸缩，且可通过转轴24调整监测角度；在静止状态时，球形传感器21对内部应力进行监测，当内部发生位移时，弹簧22被压缩，球形传感器21可以对位移进行感知，对变形进行监测。

参照图4，将监测器5的主杆25和套筒23进行连接，连接长度根据具体的边坡工程进行确定，将主杆25和转轴24进行连接。主杆上安装有球形传感器21，下部具有弹簧22用来适应变形以进行位移监测。监测器5应与电缆6连接完成后置入边坡内部，等待进一步的连接。

参照图1，将抗震锚杆4置入预留孔内，将垫片14与挡土板2贴紧，用螺母12进行拧紧固定。将柔性连接杆3穿过抗震锚杆4和监测器5的连接环内进行固定，内部连接完成后封孔。抗滑桩7应在挡土板2安装完毕后插入，并将控制器8安置于抗滑桩7上。在完成内部连接后，将电缆6与控制器8相连接，整体安装完毕。控制器8可以实现对监测器5所采集的数据进行储存，也可以调整其状态，同时也作为供电电源和检修的主要部分，使监测更加一体化。

参照图2，本实用新型使用的抗震锚杆不同于其他抗震锚杆，内设有破碎体17和阻尼器16，在无地震作用下吸能弹簧15不起作用，锚杆整体作为普通锚杆进行锚固。如果没有破碎体17的存在，在正常的重力作用及土的固结力(包括基质吸力)作用下，吸能结构也会发生形变，长时间的形变会导致弹簧的弹性模量降低，甚至会改变坡体原本的受力状态，在地震来临时弹簧面临失效的风险。当坡体结构受到地震等循环荷载时，破碎体的硬性混凝土会发生剪切破坏，瞬间断裂使得吸能弹簧被释放，发生拉伸或压缩，此时阻尼器也会开始工作，使一开始就拉伸或压缩的弹簧体一直处于相同的状态，不会产生拉伸压缩往复的状态，因此地震的能量被转化成弹簧的弹性势能。在地震消失后，由于结构处于静止，阻尼器允许弹簧恢复原状，弹性势能开始释放，当释放过于剧烈时阻尼器又会阻滞释放，因此弹簧会以非常缓和方式释放能量，不会对边坡造成二次伤害。

参照图3，本实用新型使用的监测器5位于坡体内部，因此不需要进行大量的布置，且监测数据更加准确。在静止状态时，球形传感器21对内部应力进行监测，当内部发生位移时，弹簧被压缩，传感器可以对位移进行感知，从而对位移进行监测。监测器5为对称结构，向内一侧的传感器21可以对潜在滑动面进行监测，中间的转轴24可以实现360°的转动，由控制器8进行控制。

需要说明的是，在本实用新型中，一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置虽然为一整套的支护及监测装置，但装置中的组成部分如锚杆和监测器均为受保护的组成部分，而且一系列的安装过程、方法、物品或者设备不仅包括已述，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的原理的情况下可以对实际工程进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，其特征在于，所述的边坡支护装置包括土质斜坡(1)、用于护坡的混凝土挡土板(2)、用于连接监测器和锚杆的柔性连接杆(3)、抗震锚杆(4)、应力位移监测器(5)、用于供电和传输信息的电缆(6)、用于支撑控制器和挡土板的抗滑桩(7)、供电和储存信息的控制器(8)；

所述土质斜坡(1)的坡面由混凝土挡土板(2)覆盖，并被抗震锚杆(4)贯穿至土质斜坡(1)并进行加固，其中，抗震锚杆(4)上设有连接环(18)；所述柔性连接杆(3)通过抗震锚杆(4)上的连接环(18)相互连接，柔性连接杆(3)上连接有监测器(5)，柔性连接杆(3)能够保持装置的整体稳定性，并能够适应坡体内部的变形，防止地震来临时的数据失效；所述的电缆(6)一端与控制器(8)连接，另一端穿过柔性连接杆(3)与监测器(5)连接，监测器(5)均匀布置于抗震锚杆(4)之间，通过监测器(5)收集数据以达到分析和预警的作用，并具有供电和检修的作用；所述抗滑桩(7)用于支撑控制器(8)和支承混凝土的挡土板(2)；所述的抗震锚杆(4)和监测器(5)都安装在柔性连接杆(3)上；

所述抗震锚杆(4)包括位于边坡外部暴露在外的杆冒(11)、螺母(12)，插入土内用于边坡加固的杆体(13)、垫片(14)，用于抗震部分的阻尼器(16)、破碎体(17)、吸能弹簧(15)、连接环(18)和防脱钩(19)；所述垫片(14)为套在杆体(13)上的变形协调材料，与挡土板(2)接触；杆冒(11)与杆体(13)为一整体结构，带有外螺纹，螺母(12)的内螺纹与杆冒(11)的外螺纹配合使抗震锚杆(4)与土质斜坡(1)固定，用于抗震部分的阻尼器(16)的上部和下部分别与杆体(13)和吸能弹簧(15)焊接固定；所述破碎体(17)的上部和下部分别与阻尼器(16)和杆体(13)连接，吸能弹簧(15)下部与杆体(13)焊接固定、四周被破碎体(17)夹紧以固定吸能弹簧(15)，连接环(18)和防脱钩(19)固接在杆体(13)上；地震时破碎体(17)破碎释放吸能弹簧(15)，使其开始吸收能量，在无地震作用下吸能弹簧(15)因被固定不起作用，锚杆整体作为普通锚杆进行锚固；

所述监测器(5)为对称结构，位于坡体内部用于监测且可以实现任意伸长和转动，包括两个球形传感器(21)、弹簧(22)、伸缩筒(23)、球形转轴(24)和设有外螺纹的主杆(25)；所述传感器(21)固定在主杆(25)两端，主杆(25)内部有一段空心区域用来放置弹簧(22)和电线，弹簧(22)上部和下部分别与传感器和主杆(25)固接；所述伸缩筒(23)的内螺纹和主杆(25)的外螺纹咬合连接，伸缩长度根据具体的边坡工程进行确定，监测器(5)整体以转轴(24)为中心对称，转轴(24)的连接杆端与主杆(25)焊接，使转轴两侧的主杆(25)可以任意旋转；所述监测器(5)由控制器(8)进行控制实现全方位监测，球形传感器(21)能够实现应力和位移的双重监测，将监测数据传输给控制器(8)；所述的伸缩筒(23)可根据现场情况进行伸缩，且可通过转轴(24)调整监测角度；在静止状态时，球形传感器(21)对内部应力进行监测，当内部发生位移时，弹簧(22)被压缩，球形传感器(21)可以对位移进行感知，对变形进行监测。

2.根据权利要求1所述的一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，其特征在于，所述的接触于吸能弹簧(15)的破碎体(17)为硬性混凝土。

3.根据权利要求1所述的一种具有监测和抗震功能的边坡支护装置，其特征在于，所述的杆冒(11)和杆体(13)尺寸一致，表面设有螺纹结构并涂有防锈涂层。

Images