CN216552000U - 一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，包括边坡抗震柔性支护结构和柔性支护结构智能监测系统，边坡抗震柔性支护结构包括柔性混凝土支护框架和抗震锚杆。抗震锚杆包括锚头和杆体，锚头包括锚具、垫板和位于垫板上的抗震装置，抗震装置包括调心滚子轴承、弧形肢爪和球面型底座。本实用新型有效解决了地震作用下，传统刚性支护结构无法释能，易发生脆性破坏，刚性支护体系中锚杆发生损伤破坏或锚固失效，震后支护体系损伤无法评估等问题，是一种抗震理念先进、抗震性能优异、具备自监、自检功能的智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，具有广泛的应用前景和显著的经济、社会效益。

Description

一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构

技术领域

本实用新型属于边坡加固技术领域，具体涉及一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构。

背景技术

我国是一个震害频发的国家，据统计，我国大陆平均每年发生5级以上地震次数高达20次，而这些中震与强震地区广泛分布着各式边坡，包括铁路边坡、公路边坡、水利边坡等。一旦地震作用触发滑坡灾害，将直接阻断交通、摧毁建筑、形成堰塞湖，造成重大的人员伤亡及财产损失。

现今的边坡加固技术主要基于传统刚性支护方法，其应用广泛且在非震区加固效果较好，但在地震作用存在以下问题：1.支护体系刚度过大，地震作用下边坡内部积蓄能量无法释放，容易造成支护体系脆性破坏从而滑坡；2.地震作用下锚杆内力激增且锚杆承台的刚度过大，极易造成锚杆破坏或锚下承台压碎，致使锚杆锚固失效；3.现有支护技术很难判断结构自身损伤情况，尤其是震灾过后，支护结构外观完好但内部损伤严重，丧失支护能力，存在较大安全隐患。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型旨在提供一种抗震理念先进、抗震性能优异、具备自监、自检功能的智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构。

本实用新型采用的技术方案是：

一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，包括边坡抗震柔性支护结构和柔性支护结构智能监测系统；边坡抗震柔性支护结构包括柔性混凝土支护框架和抗震锚杆；所述抗震锚杆包括锚头和杆体，所述锚头包括锚具、垫板和位于垫板上的抗震装置，所述抗震装置包括调心滚子轴承、弧形肢爪和球面型底座，调心滚子轴承为可承受轴向荷载的高强调心滚子轴承，调心滚子轴承内沿与锚具外沿固定连接，调心滚子轴承外沿均匀分布数条弧形肢爪，弧形肢爪的内侧与调心滚子轴承固定连接，球面型底座由数条弧形钢板条构成，每条弧形钢板条的顶部与一条弧形肢爪的外端固定连接；所述柔性混凝土支护框架由石墨钢纤维橡胶混凝土浇筑而成，石墨钢纤维橡胶混凝土内部均匀分布石墨粉和钢纤维，且埋有铜网电极和螺旋导线，铜网电极设置于柔性混凝土支护框架单跨的两端，单跨中的铜网电极之间连接有螺旋导线；所述柔性支护结构智能监测系统包括太阳能发电板、蓄电池、数字式电阻数据采集仪、无线信号发送器、无线信号接收器和计算机终端；与铜网电极相连的螺旋导线接入数字式电阻数据采集仪。

抗震装置的工作原理是，当地震来临之际，沿抗震锚杆轴线方向，通过抗震装置(弧形肢爪、球面型底座)轴向挤压变形，调节锚杆轴向应力，避免应力激增；沿边坡坡面方向，通过球面型底座的摇摆作用，抵御剪力对锚杆杆体的损伤，从而达到锚杆抗震的作用。

柔性支护结构智能监测系统工作原理主要源于石墨钢纤维橡胶混凝土的材料导电特性，当柔性混凝土支护框架完好时，靠完整截面内的所有石墨粉和钢纤维相互接触形成通路，其阻值相对较小；当柔性混凝土支护框架发生变形或裂缝时，框架截面的有效面积减小，部分石墨粉无法相互接触，电路通过部分石墨粉和钢纤维形成通路，其阻值相对较大；当柔性混凝土支护框架发生断裂时，单跨内两铜网电极之间形成断路，两铜网电极间电路中断或通过其他电路连接，阻值非常大。由此可根据阻值变化，判断柔性混凝土支护框架的变形、损伤情况。

所述太阳能发电板与蓄电池相连，蓄电池与数字式电阻数据采集仪相连，数字式电阻数据采集仪与无线信号发送器相连，无线信号接收器与计算机终端相连。

与铜网电极相连的螺旋导线接入数字式电阻数据采集仪，可以是柔性混凝土支护框架每一跨均设置铜网电极和螺旋导线，并将每一跨与铜网电极相连的螺旋导线全部接入数字式电阻数据采集仪，实施支护结构全局监测；也可以是选择具有代表性的局部监测区域支护框架的单跨中设置铜网电极和螺旋导线，并将监测区域内与铜网电极相连的螺旋导线接入数字式电阻数据采集仪。

导线设置成螺旋状，主要防止柔性混凝土支护框架大变形或破坏时，导线被拉断。柔性混凝土支护框架的尺寸应满足承载力设计要求和正常使用状态设计要求。

所述抗震锚杆的锚具内部均匀设有数个圆形贯通孔洞，圆形贯通孔洞的个数、直径、分布应根据锚杆杆体的根数、直径、分布确定；圆形贯通孔洞配有配套使用的锚杆杆体夹片。

所述杆体为预应力螺纹钢筋或钢绞线；

所述球面型底座底部与垫板相切。

抗震锚杆的锚头还包括保护壳。

柔性混凝土支护框架每隔固定间距设置排水沟。

所述智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构的支护方法，包括以下施工步骤：

步骤一：修整坡面；

步骤二：施工放样；

步骤三：抗震锚杆钻孔、安放杆体、灌浆并养护；

步骤四：柔性混凝土支护框架施工：钢筋绑扎、布置铜网电极和螺旋导线、浇筑石墨钢纤维橡胶混凝土并养护；

步骤五：安装锚头、抗震锚杆张拉锁定；

步骤六：接通柔性支护结构智能监测系统。

所述步骤四中，柔性混凝土支护框架钢筋应进行防锈绝缘处理，绝缘处理防止钢筋导电对混凝土导电性造成干扰。柔性混凝土支护框架外部应进行防水处理，防止造成混凝土内部电路短路。所述步骤五中，同根锚杆的多根杆体同步分级张拉，同步锁定。

当同一根抗震锚杆的多根杆体同步分级张拉,同步锁定后,各杆体预应力相同时，抗震装置和锚具的轴心位于同一直线上；当同步分级张拉,同步锁定后,各杆体预应力存在较小差异时，优选所述同一根抗震锚杆杆体的根数为2根或不小于3的奇数根，这样，锚杆可以实现各个杆体的受力均匀。例如，抗震锚杆的杆体在同步分级张拉后同步锁定时，由于施工工艺或施工质量的影响，各杆体预应力损失会存在较小差异，导致各个锚杆杆体受力不均匀，抗震锚杆通过锚具轻微翻转，实现各个杆体受力均衡。

所述步骤五中还包括封锚。

本实用新型的有益效果：

1抗震理念先进。基于“以柔克刚”的理念提出了本实用新型柔性支护结构，利用橡胶混凝土弹模小、易变形的特点，实现地震荷载作用下柔性支护体系的释能作用，可以充分发挥岩土体自身的强度，同时通过支护结构变形释放适当能量，从而达到维系边坡整体稳定的目的。

2重要节点，双重抗震。锚杆的锚固作用对于边坡支护体系是重中之重，一旦锚杆失效，必然引发整个支护体系的破坏，所以锚杆的抗震防护是极其重要的。本实用新型中，在锚杆头部设置了抗震装置和橡胶混凝土承台，起到双重抗震作用，可避免地震作用下锚杆内力激增，造成锚固失效。

3抗震装置性能优异。常规锚杆抗震主要抵御震害对锚杆轴向作用造成损伤，防止锚杆被拉断或拔出，但从未考虑震害对锚杆的剪切损伤。本实用新型中的抗震装置不但可以轴向减震，而且可以通过抗震装置自身摇摆抗震，抵御地震产生的剪切力对锚杆的损伤，使锚杆杆体不会发生剪切破坏。

4具备自监、自检功能。根据柔性支护体系所用石墨钢纤维橡胶混凝土材料自身的特殊性能，本实用新型提出了一种支护结构损伤监测、检测系统，通过支护框架结构的阻值变化，实现震前支护体系的智能监测和震后支护体系的智能检测，可用于边坡的监测预警和灾后的支护体系损伤评估。

5、有效控制位移。通过对本实用新型支护结构的抗震锚杆施加预应力，对边坡下滑体形成了强大的压应力场，有效控制塑性区的进一步发展，可以很好的控制地震作用下滑体及岩土体位移。

附图说明

图1为本实用新型边坡支护整体示意图；

图2为图1A-A剖视图；

图3为非地震下锚杆锚头示意图；

图4为图3B-B剖视图；

图5为地震时锚杆抗震装置减震作用示意图；

图6为石墨钢纤维橡胶混凝土支护框架正常状态示意图；

图7为石墨钢纤维橡胶混凝土支护框架裂缝状态示意图；

图8为柔性支护结构智能监测系统装置连接示意图；

图9为锚头自动调节杆体应力示意图。

其中，1、边坡抗震柔性支护结构；2、柔性支护结构智能监测系统；21、太阳能发电板；22、蓄电池；23、数字式电阻数据采集仪；24、无线信号发送器；25、无线信号接收器；26、计算机终端；3、柔性混凝土支护框架；31、铜网电极；32、螺旋导线；33、石墨粉；34、钢纤维；4、抗震锚杆；41、锚具；42、抗震装置；421、调心滚子轴承；422、弧形肢爪；423、球面型底座；4231、弧形钢板条；43、垫板；44、保护壳；45、杆体；5、排水沟。

具体实施方式

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“横向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1-8所示，一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，包括边坡抗震柔性支护结构1和柔性支护结构智能监测系统2；所述边坡抗震柔性支护结构1包括柔性混凝土支护框架3和抗震锚杆4。

所述抗震锚杆4包括锚头和杆体45，所述锚头包括锚具41、垫板43、保护壳44和位于垫板43上的抗震装置42，所述抗震装置42包括调心滚子轴承421、弧形肢爪422和球面型底座423，调心滚子轴承421为可承受轴向荷载的高强调心滚子轴承，调心滚子轴承421内沿与锚具41外沿固定连接，调心滚子轴承421外沿均匀分布数条弧形肢爪422，弧形肢爪422的内侧与调心滚子轴承421固定连接，球面型底座423由数条弧形钢板条4231构成，每条弧形钢板条4231的顶部与一条弧形肢爪422的外端固定连接，球面型底座423底部与垫板43相切；锚具41内部均匀设有数个圆形贯通孔洞，圆形贯通孔洞的个数、直径、分布应根据锚杆杆体45的根数、直径、分布确定；圆形贯通孔洞配有配套使用的锚杆杆体45夹片，圆形贯通孔洞均匀设置主要是锚杆杆体45预应力均匀施加后，锚具41可保持平衡状态；杆体45为钢绞线；抗震装置42的工作原理是，当地震来临之际，沿抗震锚杆4轴线方向，通过抗震装置42(弧形肢爪422、球面型底座423)轴向挤压变形，调节锚杆轴向应力，避免应力激增；沿边坡坡面方向，通过球面型底座423的摇摆作用，抵御剪力对锚杆杆体45的损伤，从而达到锚杆抗震的作用。

所述柔性混凝土支护框架3由石墨钢纤维橡胶混凝土浇筑而成，石墨钢纤维橡胶混凝土内部均匀分布石墨粉33和钢纤维34，且埋有铜网电极31和螺旋导线32，铜网电极31设置于柔性混凝土支护框架3每跨的两端，每跨中的铜网电极31之间连接有螺旋导线32。

所述柔性支护结构智能监测系统2包括太阳能发电板21、蓄电池22、数字式电阻数据采集仪23、无线信号发送器24、无线信号接收器25和计算机终端26，所述太阳能发电板21与蓄电池22相连，蓄电池22与数字式电阻数据采集仪23相连，数字式电阻数据采集仪23与无线信号发送器24相连，无线信号接收器25与计算机终端26相连，每跨中与铜网电极31相连的螺旋导线32接入数字式电阻数据采集仪23；柔性支护结构智能监测系统2工作原理主要源于石墨钢纤维橡胶混凝土的材料导电特性，当柔性混凝土支护框架3完好时，靠完整截面内的所有石墨粉33和钢纤维34相互接触形成通路，其阻值相对较小；当柔性混凝土支护框架3发生变形或裂缝时，框架截面的有效面积减小，部分石墨粉33无法相互接触，电路通过部分石墨粉33和钢纤维34形成通路，其阻值相对较大；当柔性混凝土支护框架3发生断裂时，单跨内两铜网电极31之间形成断路，两铜网电极31间电路中断或通过其他电路连接，阻值非常大。由此可根据阻值变化，判断柔性混凝土支护框架3的变形、损伤情况。

柔性混凝土支护框架3的尺寸应满足承载力设计要求和正常使用状态设计要求。

所述智能化边坡抗震柔性支护结构的支护方法，包括以下施工步骤：

步骤一：修整坡面；

步骤二：施工放样；

步骤三：抗震锚杆4钻孔、安放杆体45、灌浆并养护；

步骤四：柔性混凝土支护框架3施工：钢筋绑扎、布置铜网电极31和螺旋导线32、浇筑石墨钢纤维橡胶混凝土并养护；

步骤五：安装锚头、抗震锚杆4张拉锁定及封锚；

步骤六：接通柔性支护结构智能监测系统2。

所述步骤四中，柔性混凝土支护框架3钢筋进行防锈绝缘处理，绝缘处理防止钢筋导电对混凝土导电性造成干扰。柔性混凝土支护框架3外部应进行防水处理，防止造成混凝土内部电路短路。柔性混凝土支护框架3每隔固定间距设置排水沟5。

所述步骤五中，同根锚杆的多根杆体45同步分级张拉，同步锁定。各杆体45预应力相同，抗震装置42和锚具41的轴心位于同一直线上。

所述步骤五中，预应力张拉锁定后安装保护壳44并对锚头部位进行密封处理。同时，也可采用砂浆或树脂进行二次封锚保护，但不得妨碍二次启封。

实施例2

智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构及施工方法同实施例1，进一步地，所述杆体45的数量为3，步骤五中，在锚杆同步张拉锁定时，由于施工工艺或施工质量的影响，各杆体45预应力张拉或锁定时预应力损失存在较小差异，导致各杆体45所受预应力不均衡，如图9所示，当杆体45所受预应力不均衡时，锚具41发生微小翻转，较大预应力杆体45一端下沉，实现部分预应力释放，而较小预应力杆体45一端抬升，相当于施加了部分预应力，当两侧杆体45预应力相同时，锚具41不再翻转，达到新的力学平衡状态。因为锚具41外沿与调心滚子轴承421内沿固定连接，所以锚具41翻转时，抗震装置42不受影响，依然保持原来位置且具备原有功能。

本实用新型有效解决了地震作用下，传统刚性支护结构无法释能，易发生脆性破坏，刚性支护体系中锚杆发生损伤破坏或锚固失效，震后支护体系损伤无法评估等问题，本实用新型提供了一种抗震理念先进、抗震性能优异、具备自监、自检功能的智能化橡胶混凝土边坡抗震柔性支护结构。

Claims (7)

1.一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：包括边坡抗震柔性支护结构(1)和柔性支护结构智能监测系统(2)；边坡抗震柔性支护结构(1)包括柔性混凝土支护框架(3)和抗震锚杆(4)；所述抗震锚杆(4)包括锚头和杆体(45)，所述锚头包括锚具(41)、垫板(43)和位于垫板(43)上的抗震装置(42)，所述抗震装置(42)包括调心滚子轴承(421)、弧形肢爪(422)和球面型底座(423)，调心滚子轴承(421)内沿与锚具(41)外沿固定连接，调心滚子轴承(421)外沿均匀分布数条弧形肢爪(422)，弧形肢爪(422)的内侧与调心滚子轴承(421)固定连接，球面型底座(423)由数条弧形钢板条(4231)构成，每条弧形钢板条(4231)的顶部与一条弧形肢爪(422)的外端固定连接；所述柔性混凝土支护框架(3)由石墨钢纤维橡胶混凝土浇筑而成，石墨钢纤维橡胶混凝土内部均匀分布石墨粉(33)和钢纤维(34)，且埋有铜网电极(31)和螺旋导线(32)，铜网电极(31)设置于柔性混凝土支护框架(3)单跨的两端，单跨中的铜网电极(31)之间连接有螺旋导线(32)；所述柔性支护结构智能监测系统(2)包括太阳能发电板(21)、蓄电池(22)、数字式电阻数据采集仪(23)、无线信号发送器(24)、无线信号接收器(25)和计算机终端(26)；与铜网电极(31)相连的螺旋导线(32)接入数字式电阻数据采集仪(23)。

2.如权利要求1所述的一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：所述太阳能发电板(21)与蓄电池(22)相连，蓄电池(22)与数字式电阻数据采集仪(23)相连，数字式电阻数据采集仪(23)与无线信号发送器(24)相连，无线信号接收器(25)与计算机终端(26)相连。

3.如权利要求1所述的一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：所述抗震锚杆(4)的锚具(41)内部均匀设有数个圆形贯通孔洞；圆形贯通孔洞配有配套使用的锚杆杆体(45)夹片。

4.如权利要求3所述的一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：所述同一根抗震锚杆(4)杆体(45)的根数为2根或不小于3的奇数根。

5.如权利要求1所述的一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：所述球面型底座(423)底部与垫板(43)相切。

6.如权利要求1所述的一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：抗震锚杆(4)的锚头还包括保护壳(44)。

7.如权利要求1所述的一种智能化边坡抗震橡胶混凝土柔性支护结构，其特征在于：柔性混凝土支护框架(3)每隔固定间距设置排水沟(5)。

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