JP5771743B2

JP5771743B2 - 定抵抗・大変形のアンカーケーブルおよび定抵抗装置

Info

Publication number: JP5771743B2
Application number: JP2014515020A
Authority: JP
Inventors: ▲満▼潮何; 志▲剛▼ 陶; 斌 ▲張▼; ▲楊暁傑▼
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-06-13
Also published as: PL2719858T3; EP2719858A1; US9797248B2; JP2014517174A; EP2719858B1; US20140227042A1; WO2012171155A1; EP2719858A4

Description

本発明は、軟岩斜面の安定性を監視し、又は早期警報することや地震発生断層（活断層）の活動性を監視することに適用される新たな材料に関し、特に定抵抗（恒阻）・大変形（大変形）のアンカーケーブルおよび定抵抗装置に関し、大変形破壊を起こす軟岩斜面における補強、監視及び早期警報を行う技術分野に属する。

２０世紀の５０年代以来、プレストレス技術の向上と、アンカー固定についての理論、設計方法および規格基準の段階的な整備と、アンカーケーブルの防食技術の継続的な進歩に伴い、プレストレス・アンカーケーブルは急速に発展している。現在では、岩石に使用されるプレストレス・アンカーケーブル一本当たりの支持力が１６ＭＮにも達している（ドイツ）。プレストレス・アンカーケーブルは、構造及び種類が様々であり、また、応用レベルの向上につれて改善されつつある。プレストレス・アンカー固定技術は、岩や土の補強工事が必要な各分野に広く応用され、数多くの工事がなされ実践経験が蓄積されてきた。

しかしながら、軟岩斜面と活動性断層（活断層）の監視及び早期警告に係る分野では、従来のプレストレス・アンカーケーブルを力学伝送装置として使用するとき、問題が存在する。たとえば、すべり面における（滑り面と断層面の間の）滑り力がプレストレス・アンカーケーブル材料の強度を超えると、アンカーケーブルが破断し、力学信号伝送システムが破壊され、監視システム全体の失効という事態を発生し、地すべりの全過程を連続的に監視することができなくなる。

本発明は、アンカーケーブルの強度だけに依存することにより、滑り力がプレストレス・アンカーケーブル材料の強度を超えると、アンカーケーブルが失効するという従来のアンカーケーブルの問題を解決するために、定抵抗・大変形のアンカーケーブルおよび定抵抗装置を提供することを目的とする。

上述の目的を実現するために、本発明により提供される定抵抗・大変形のアンカーケーブルが備える定抵抗装置は、ケーブルを固定接続するための定抵抗体とスリーブとを備え、前記スリーブは直管構造を有し、前記定抵抗体は錐台構造を有し、また、前記定抵抗体の下端面の直径はその上端面の直径より大きく；
前記スリーブの内径は前記定抵抗体の下端面の直径より小さく、前記スリーブの内壁の下部には楔形部が設けられ、前記定抵抗体は前記楔形部に設けられ；
前記定抵抗体が前記スリーブ内を移動するとき、前記定抵抗体の形状が変化せずに、前記スリーブが塑性変形することにより定抵抗を発生させるため、前記定抵抗体の強度が前記スリーブの強度より大きい定抵抗装置である。

前記定抵抗装置の好ましい態様の一つにおいて、前記定抵抗体には複数の貫通孔が設けられ、前記貫通孔は錐台構造を有し、且つ前記貫通孔の軸線が前記定抵抗体の軸線に平行である。

上述の目的を実現するため、本発明により提供される定抵抗・大変形のアンカーケーブルは、ケーブル、定着具、支持板（載荷板）およびクリップを備え、前記ケーブルの上端がクリップによって前記定着具と前記支持板に固定される定抵抗・大変形のアンカーケーブルであって；
定抵抗装置を更に備え；
前記定抵抗装置は、スリーブと定抵抗体を備え、前記スリーブは直管構造を有し、前記定抵抗体は錐台構造を有し、前記定抵抗体の下端面の直径が前記定抵抗体の上端面の直径より大きく；
前記スリーブの内径が前記定抵抗体の下端面の直径より小さく、前記スリーブの内壁の下部には楔形部が設けられ、前記定抵抗体は前記楔形部に設けられ；
前記定抵抗体が前記スリーブ内を移動するとき、前記定抵抗体の形状が変化せずに、前記スリーブが塑性変形することにより定抵抗を発生するように、前記定抵抗体の強度が前記スリーブの強度より大きく；
前記ケーブルの下端が前記定抵抗体に固定される。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルによれば、前記定抵抗体には複数の貫通孔が設けられ、前記貫通孔は錐台構造を有し、前記貫通孔の軸線は前記定抵抗体の軸線に平行であり、
前記ケーブルの下端は前記クリップによって前記貫通孔の中に固定される。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記スリーブの上端に滑り防止バッフルが固定され、前記ケーブルは前記滑り防止バッフルを貫通する。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記スリーブの内壁の上部に仕切板が固定され、前記ケーブルは前記仕切板を貫通し、また、前記仕切板の上方の前記スリーブ内に防水防食材料が充填される。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記定抵抗体の下端面は、前記貫通孔の中の前記クリップの脱落を防止するようにバッフルにより覆われる。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記バッフルには複数の第一孔が設けられ、前記ケーブルの下端がそれぞれ前記バッフルの第一孔を貫通する。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記スリーブの下端には密封のためのガイドヘッドが設けられる。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記バッフルの中心には一つの第二孔が設けられ、一つのボルトが前記第二孔を貫通して、前記バッフルを前記定抵抗体の下端面に固定する。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記ケーブルの上端には、前記ケーブルの応力状況を監視するための力学センサーが設けられ、
前記力学センサーは前記定着具と前記支持板との間に設けられる。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記ガイドヘッドの上端面に凹部が設けられる。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記防水防食材料は、パラフィン、アスファルト、グリース、または、これら成分を一定の比率の組成で混合した混合材料である。

前記定抵抗・大変形のアンカーケーブルの好ましい態様の一つにおいて、前記ガイドヘッドは、錐形、または、平坦な頂部を有する錐台である。

本発明により提供される、軟岩斜面と活断層の活動性の監視に適用される定抵抗・大変形のアンカーケーブルは、地すべり災害の監視や地震断層活動性の監視の観点から、岩石のすべり発生中において、すべり力がケーブルの極限強度を超えることによってケーブルが破断してその監視機能を失うことはなく、定抵抗体がスリーブ内を滑ることによって余剰すべり力の破断効果に抵抗する。本装置は、設計構造が合理的であり、使いやすく、「抵抗しつつ滑り（抵抗中に譲りあり）、滑りつつ抵抗し（譲り中に抵抗あり）、定抵抗で破断防止可能」という力学特性を有し、地すべり災害や地震断層活動の全過程を監視及び早期警告することを可能にする。

図１は本発明の好ましい実施例に係るアンカーケーブルの断面を模式的に示す。

図２は本発明の好ましい実施例に係るアンカーケーブルのスリーブの断面を模式的に示す。

図３は本発明の好ましい実施例に係るアンカーケーブルの定抵抗体の底面を模式的に示す。

図４は図３のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す。

図５は本発明の好ましい実施例に係るアンカーケーブルのバッフルの構造を模式的に示す。

図６は本発明の好ましい実施例に係るアンカーケーブルの仕切板の構造を模式的に示す。

図７は本発明の好ましい実施例において設置されたアンカーケーブルの、地すべり発生前の状態を模式的に示す。

図８は本発明の好ましい実施例において設置されたアンカーケーブルの、地すべり発生後の状態を模式的に示す。

図９は本発明の好ましい実施例に係る変位−引張力の曲線を示す。

下記において、開示する発明を添付の図面を引用しつつ説明する。

従来技術の問題や不十分な点を踏まえ、本発明は、定抵抗・大変形の制御理論とアンカー構造（体系）の基礎原理とに基づき、軟岩斜面と活断層の補強、監視及び早期警告を実現できる定抵抗・大変形のアンカーケーブルを提供する。ケーブルに作用する荷重が設計閾値を超えると、ケーブルの下端に設置された定抵抗体とスリーブにより形成される定抵抗装置は、スリーブ内での定抵抗体の滑りによって、余剰荷重が生じる破断効果に抵抗することにより、ケーブルの破断を妨げることができる。

図１は本発明の好ましい実施例のアンカーケーブルの構造を模式的に示す。図１に示すように、本発明の実施例のアンカーケーブルは、主にガイドヘッド１、定抵抗体５、スリーブ８、ケーブル７、仕切板９、滑り防止バッフル１１、仕切板９と滑り防止バッフル１１との間に充填される防水材料１０、支持板１２、定着具１３、およびケーブル７を定着具１３と定抵抗体５とに固定するためのクリップ（夾片、クリップシート）４を備える。使用時には、図７と図８に示すように、ケーブル７の上端がクリップ４によって定着具１３に固定され、支持板１２が別に設けたアンカーブロックと当接する。

図１と図２に示すように、本発明の実施例のスリーブ８は、直管構造を有し、その内壁の下部には定抵抗体５を収納するための楔形部８０１が設けられる。楔形部８０１の傾斜面とスリーブ８の内壁とは小さな角度Ｌを成す。図１、図３と図４に示すように、本発明の好ましい実施例の定抵抗体５は錐台構造を有し、且つ、定抵抗体５の下端面の直径Ｄがその上端面の直径ｄより大きい。スリーブ８の内径が定抵抗体５の下端面の直径Ｄより小さい。定抵抗体５の強度はスリーブ８の強度より大きく設定され、たとえば、定抵抗体５は４５番炭素鋼（中国の分類基準による名称）であれば、スリーブ８は２０番炭素鋼であってもよい。定抵抗体５とスリーブ８の材料、定抵抗体５の側壁と下端面の間の角度、定抵抗体５の長さ、定抵抗体５の上端面の直径ｄと下端面の直径Ｄ、スリーブ８の肉厚、定抵抗体５の下端面の直径Ｄとスリーブ８の内径の差などは、いずれも、定抵抗体５がスリーブ８内を滑るときの摩擦力に関連するので、必要に応じて具体的な選択を行う。使用時、図７と図８に示すように、斜面が下方へ滑るとき、定抵抗体５がケーブル７に引っ張られてスリーブ内を滑り、その滑り摩擦力によって本発明の好ましい実施例の定抵抗の効果を確保することができる。ただし、定抵抗体５がスリーブ８内を移動するとき、定抵抗体５の形状が変化せずスリーブ８が塑性変形するように、定抵抗体５とスリーブ８のパラメーターを選択することが好ましい。たとえば、定抵抗体５の材料が４５番炭素鋼で、定抵抗体５の上端面の直径が９３ｍｍ、定抵抗体５の下端面の直径が９６ｍｍ、定抵抗体５の長さが１５０ｍｍであり、スリーブ８の材料が２０番炭素鋼で、スリーブ８の内径が９３ｍｍ、スリーブ８の肉厚が２０ｍｍである場合、定抵抗体５とスリーブ８の間の定抵抗が８５０ＫＮである。

定抵抗体５にケーブル７を効率的且つ容易に固定するために、本発明の好ましい実施例では、定抵抗体５には、ケーブル７を引き通すとともに、クリップ４を収容するための複数の貫通孔５００が設けられる。図３と図４に示すように、貫通孔５００の上端開口部５０１が定抵抗体５の上端面に位置し、貫通孔５００の下端開口部５０２が定抵抗体５の下端面に位置する。上端開口部５０１は下端開口部５０２よりも直径が小さい。図から分かるように、貫通孔５００は錐台構造を有する。各貫通孔５００の軸線が定抵抗体５の軸線と平行である。各ケーブル７の下端がそれぞれクリップ４によって貫通孔５００内に固定される。本発明の好ましい実施例では、ケーブルは６本であり、定抵抗体５の貫通孔５００も６個であり、貫通孔５００は定抵抗体５の軸線を中心として定抵抗体５内に均一的に配置される。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じてケーブルの数、貫通孔の設置方式を適当変更してよい。

定抵抗体５が材料欠陥や製造欠陥の原因でスリーブ８から外れること、または、定抵抗体５が正常的にスリーブ８から外れることを防止するために、溶接などによってスリーブ８の上端に滑り防止バッフル１１が固定される。滑り防止バッフル１１にはケーブルを貫通させるための孔が設けられる。この孔の軸線と定抵抗体５の貫通孔５００の軸線は同一直線上にあることは好ましい。

設置場所では、軟岩にアンカーケーブルを固定（定着）する前に、既にケーブル７をクリップ４によって定抵抗体５の貫通孔５００の下部に固定する。しかし、アンカーケーブルを固定する途中、ケーブル７の往復滑りでクリップ４の脱落を発生する可能性がある。かかるクリップ４の脱落を避けるために、図１と図５に示すように、定抵抗体５の下端面はバッフル３により覆われる。バッフル３の中心に一つの孔３０２が設けられる。ボルト２が孔３０２を通って定抵抗体５の下端面の孔５０３に固定されることにより、バッフル３を定抵抗体５の下端面に固定することができる。バッフル３の周縁に複数の孔３０１が各ケーブル７ごとに設けられる。ケーブル７の下端に、それぞれ孔３０１を通らせることによって、アンカーケーブルを固定する途中、クリップ４の緩みやケーブル７の余裕分が少なくなってケーブル７を貫通孔５００に固定できなくなることを防止する。

本発明の定抵抗・大変形のアンカーケーブルを固定する場合、泥水や地下水がスリーブ８に進入して定抵抗体５とスリーブ８の内壁を腐食し、定抵抗効果を実現できないことを防ぐために、図１と図６に示すように、スリーブ８の内壁の上部には仕切板９が固定され、ケーブル７が仕切板９の孔９０１を貫通し、また、仕切板９、滑り防止バッフル１１とスリーブの内壁で形成される空間には、例えばパラフィン、アスファルト、または、パラフィン、アスファルトおよびグリースが一定の比率で混合された混合物である防水防食材料が充填される。同様に、仕切板９のケーブル７が通る孔９０１の軸線と定抵抗体５の貫通孔５００の軸線とは同一直線上にあることは好ましい。

スリーブ８と定抵抗体５の腐食を防止するために、本発明の実施例では、スリーブ８の下端には密封のガイドヘッド１が設けられる。好ましくは、ガイドヘッド１の先端が、錐形、または、平坦な頂部を有する錐台であってもよい。そして、ガイドヘッド１の上端面に凹部（凹溝、凹状の内槽、くぼみ）が設けられる。錐形構造によってケーブルを固定するときの抵抗を減少できる。また、凹部によって重量を減少し、構造を簡単にし、また、バッフル３から伸び出したケーブル７を収容できる。

ケーブル７の引っ張り力を経時的に測定するために、ケーブル７の上端の定着具１３と支持板１２の間には力学センサー（図示せず）が設けられる。

図７に示すように、本発明の好ましい実施例では、地すべりの発生前に、定抵抗・大変形のアンカーケーブルを、潜在的なすべり土塊（滑り面）ｈｔを貫いて、相対的に安定である基盤（滑り床）ｈｃに固定するようにする。図８に示すように、地すべりの発生中において、すべり力が本実施例の設計定抵抗（すなわち、定抵抗体５とスリーブ８の間の静止摩擦力）より小さいとき、主にケーブル７の材料変形によってすべり力の増加に抵抗し、すべり力が本実施例の設計定抵抗より大きいとき、定抵抗体５がスリーブ８内を滑り、スリーブ８の構造変形によってすべり力の増加に抵抗する。これにより、岩体や土塊の大変形によるケーブル７の破断を防止することができる。

岩体や土塊に大変形破壊が発生する場合、その変形エネルギーがケーブル７にかかり、ケーブル７の軸方向の引っ張り力を生じる。ケーブル７の軸方向の引っ張り力がケーブルの設計定抵抗より小さいとき、摩擦抵抗力の作用で定抵抗体５とスリーブ８の間に相対的変位が発生しない。このとき、力学センサーで測った作用力はケーブル７の弾性変形範囲（弾性範囲）内の軸方向の引っ張り力である。ケーブル７の軸方向の引っ張り力がケーブル７の設計定抵抗以上であるとき、定抵抗体５がスリーブ８を滑る。このとき、力学センサーで測った作用力は主に定抵抗である。定抵抗はスリーブ８と定抵抗体５の間の摩擦力であるので、すべり発生中において、スリーブ８の内部欠陥を考慮しない場合、定抵抗は一定であり、力学センサーで測った力も一定である。測定したデータによって図９に示すような引張力−変位の曲線を描画することができる。ｃ１は従来のプレストレス・アンカーケーブルの引張力-変位曲線で、ｃ２は従来の非プレストレス・アンカーケーブルの引張力−変位曲線で、ｃ３は本実施例のプレストレス・アンカーケーブルの引張力−変位曲線である。この曲線から本実施例において、変形に抵抗するためのエネルギーや変形を吸収するためのエネルギーを計算することができる。力学センサーによって従来のストレスアンカーケーブルの力学情報を採集したとしても、従来のストレスアンカーケーブルは定抵抗の特徴がないため、エネルギー吸収の特性がなく、地すべりの全過程の変形エネルギーを科学的に計算できない。そのため、地すべりが発生しても、変形エネルギーやすべり力の大きさは得られない。

上記のように、本発明によれば、すべり岩体が安定状態から不安定状態へ、すべりに近い状態から臨界すべり状態へ変化するとき、アンカーケーブル（または岩体）に作用するすべり力が次第に増加する。このすべり力が設計定抵抗を超えると、定抵抗体は、岩体又は土塊の大変形によりアンカーケーブルに生ずる破断効果に抵抗するように滑る。監視の観点からみて、本発明は、岩石のすべり発生中において、すべり力がアンカーケーブルの極限強度を超えても、ケーブルが破断してその監視機能を失うことはなく、定抵抗体がスリーブ内を滑ることによって余剰すべり力による破断効果に抵抗する。これにより、地すべりの全過程を経時的に監視することができる。本装置は、「抵抗しつつ滑り（抵抗中に譲りあり）、滑りつつ抵抗し（譲り中に抵抗あり）、定抵抗で破断防止可能」という力学特性を有し、地すべり災害の全過程を監視し、また早期警告することができる。

発明を詳細に描写して説明したが、上記の説明は例示的なものであって限定的なものではない。従って、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が実施可能であるといえる。

Claims

ケーブル、定着具、支持板およびクリップを備え、前記ケーブルの上端が前記クリップによって前記定着具と前記支持板に固定される定抵抗・大変形のアンカーケーブルであって；
定抵抗装置を更に備え；
前記定抵抗装置は、スリーブと定抵抗体を備え、前記スリーブは直管構造を有し、前記定抵抗体は錐台構造を有し、前記定抵抗体の下端面の直径が前記定抵抗体の上端面の直径より大きく；
前記スリーブの内径が前記定抵抗体の下端面の直径より小さく、前記スリーブの内壁の下部には楔形部が設けられ、前記定抵抗体は前記楔形部に設けられ；
前記定抵抗体が前記スリーブ内を移動するとき、前記定抵抗体の形状が変化せずに、前記スリーブが塑性変形することにより定抵抗を発生するように、前記定抵抗体の強度が前記スリーブの強度より大きく；
前記ケーブルの下端が前記定抵抗体に固定され；
前記スリーブの上端に滑り防止バッフルが固定され、前記ケーブルは前記滑り防止バッフルを貫通する、ことを特徴とする定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記定抵抗体には複数の貫通孔が設けられ、前記貫通孔は錐台構造を有し、前記貫通孔の軸線は前記定抵抗体の軸線に平行であり、
前記ケーブルの下端は、前記クリップによって前記貫通孔の中に固定されることを特徴とする請求項１に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記スリーブの内壁の上部に仕切板が固定され、前記ケーブルは前記仕切板を貫通し、また、前記仕切板の上方の前記スリーブ内には防水防食材料が充填されることを特徴とする請求項１に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記定抵抗体の下端面は、前記貫通孔の中の前記クリップの脱落を防止するようにバッフルにより覆われることを特徴とする請求項２に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記バッフルには複数の第一孔が設けられ、前記ケーブルの下端がそれぞれ前記バッフルの第一孔を通ることを特徴とする請求項４に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記スリーブの下端には密封のためのガイドヘッドが設けられることを特徴とする請求項１に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記バッフルの中心には一つの第二孔が設けられ、一つのボルトが前記第二孔を貫通して、前記バッフルを前記定抵抗体の下端面に固定することを特徴とする請求項４に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記ケーブルの上端には、前記ケーブルの応力状況を検出するための力学センサーが設けられ、
前記力学センサーは前記定着具と前記支持板との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記ガイドヘッドの上端面に凹部が設けられることを特徴とする請求項６に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記防水防食材料は、パラフィン、アスファルト、及びグリースの混合材料であることを特徴とする請求項３に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。
前記ガイドヘッドの先端は、錐形、または、平坦な頂部を有する錐台であることを特徴とする請求項６に記載の定抵抗・大変形のアンカーケーブル。