專利名稱:內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置制造方法
【專利摘要】一種內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置，包括位于鋼絞線錨索體外露段的孔口錨索鎖具，還包括設(shè)在錨索孔孔口段的塑料內(nèi)導(dǎo)向管、和套裝于塑料內(nèi)導(dǎo)向管外部的金屬保護(hù)套筒，塑料內(nèi)導(dǎo)向管和金屬保護(hù)套筒之間依次充填有I、II、III級屈服荷載不同的彈塑性可壓縮材料，所述的金屬保護(hù)套筒的前端設(shè)有固定端頭，金屬保護(hù)套筒的后端設(shè)有蓋板和金屬墊板。利用不同彈塑性可壓縮材料的塑性壓縮讓壓變形性能，在圍巖發(fā)生大變形時該裝置可同步實現(xiàn)分級恒阻大變形，保證錨索的錨固結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞，允許發(fā)生較大變形以適應(yīng)高應(yīng)力破裂圍巖的大變形要求，適應(yīng)深部圍巖特性的內(nèi)嵌、分級恒阻、大變形和抗剪等多重作用，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、易于推廣等特點。
【專利說明】內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種抗剪大變形錨固裝置，尤其是一種適用于礦山巷道、隧道、邊坡、基坑等工程領(lǐng)域支護(hù)與加固的內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨索結(jié)構(gòu)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)50年代以后，隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的快速發(fā)展，巖土錨固理論、設(shè)計方法、規(guī)程與規(guī)范逐漸完善，錨索防腐技術(shù)也在不斷進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)趨于不斷完善狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)類型多樣，并隨著工程應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和需求的日益提高，該技術(shù)獲得不斷改進(jìn)和完善。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域巖土加固與支護(hù)工程，并積累了豐富的工程實踐經(jīng)驗。
[0003]隨著礦山開采深度的不斷增加，公路、鐵路、水利水電等隧道工程的大規(guī)模建設(shè)，面臨的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，圍巖經(jīng)常表現(xiàn)出大變形特性。當(dāng)圍巖變形量較大，超過錨索所能夠承受的彈性極限變形范圍時，將導(dǎo)致錨索發(fā)生破斷失效，進(jìn)而造成地下工程失穩(wěn)事故的發(fā)生。這種情況下要求所使用的錨索體在圍巖發(fā)生大變形產(chǎn)生較大拉應(yīng)力的同時具備較大的變形能力而本身不發(fā)生破壞，以適應(yīng)深部圍巖大變形的要求，進(jìn)而適當(dāng)降低總體支護(hù)力，有效控制支護(hù)成本。在軟巖邊坡、基坑、礦山巷道及深部地下工程等領(lǐng)域中，應(yīng)用傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)時，因采用的鋼絞線屈服變形量僅為索體自由長度的3?5%，當(dāng)圍巖變形較大，造成錨索受拉力變形后超過其屈服強(qiáng)度時，則會造成錨索發(fā)生彈脆性破斷。同時，因孔口破裂圍巖的變形可產(chǎn)生較大的橫向剪切應(yīng)力，進(jìn)而可造成錨索體發(fā)生橫向剪切破壞，導(dǎo)致錨索的抗拉強(qiáng)度不能得到充分利用。
實用新型內(nèi)容
[0004]技術(shù)問題:本實用新型的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全可靠、操作方便、恒定支護(hù)阻力較高的內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置，包括位于鋼絞線錨索體外露段的孔口錨索鎖具，還包括設(shè)在錨索孔孔口段的塑料內(nèi)導(dǎo)向管、和套裝于塑料內(nèi)導(dǎo)向管外部的金屬保護(hù)套筒，塑料內(nèi)導(dǎo)向管和金屬保護(hù)套筒之間依次充填有1、I1、III級屈服荷載不同的彈塑性可壓縮材料，所述的金屬保護(hù)套筒的前端設(shè)有固定端頭，金屬保護(hù)套筒的后端設(shè)有蓋板和金屬墊板。
[0006]所述的彈塑性可壓縮材料由不同規(guī)格的金屬讓壓管和設(shè)在金屬讓壓管內(nèi)的樹脂構(gòu)成。
[0007]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型通過不同類型的彈塑性可壓縮材料的分級讓壓變形，實現(xiàn)該裝置的分級恒阻大變形功能。錨索在孔口段形成由金屬墊板和金屬套筒組成的復(fù)合保護(hù)結(jié)構(gòu)，可以抵抗孔口段破裂圍巖形成的高橫向剪切應(yīng)力，提高和改善錨索孔口段承受橫向剪切應(yīng)力能力，避免了錨索體的剪切斷裂破壞。可適用于軟巖邊坡、深基坑、礦山巷道及深部地下工程的支護(hù)與加固等工程領(lǐng)域。在圍巖發(fā)生大變形時，可以持續(xù)受拉伸長而本身不發(fā)生斷裂破壞，允許錨索體產(chǎn)生較大變形而不會導(dǎo)致該裝置的破壞失穩(wěn)，允許錨索結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形以適應(yīng)高應(yīng)力破裂圍巖的大變形要求。在此過程中該裝置錨索體能保持恒定的工作阻力，通過錨固結(jié)構(gòu)的大變形而不斷吸收圍巖變形能量，保持圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與安全，并解決現(xiàn)有錨索支護(hù)中存在的單純利用錨索抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致橫向剪切應(yīng)力超過錨索抗剪強(qiáng)度時發(fā)生的錨索破斷失效問題。因此，本實用新型能夠通過其分級恒阻大變形特性，在圍巖產(chǎn)生一定量變形條件下錨索體仍然能提供恒定的支護(hù)阻力限制圍巖的過量變形。從抵抗橫向剪切應(yīng)力的角度來說，可通過保護(hù)套筒提高錨索體的抗剪強(qiáng)度，防止因橫向剪切應(yīng)力過大，超過錨索極限抗剪強(qiáng)度而發(fā)生剪切破斷。整個錨固裝置具備分級恒阻、大變形和抗剪等多重作用，且具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、成本低、適用范圍廣、易于推廣等特點。

【附圖說明】

[0008]圖1為本實用新型的鉆孔示意圖。
[0009]圖中:1 一圍巖體，2 —錨索孔，3 —擴(kuò)大孔，4 一鋼絞線錨索體，5 —金屬保護(hù)套筒，6 一彈塑性可壓縮材料，7 —孔口錨索鎖具，8 —金屬墊板，9 一塑料墊片，10 —金屬墊板，11 一固定端頭，12 一蓋板，13 一塑料內(nèi)導(dǎo)向管。

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對實用新型的一個實施例作進(jìn)一步的說明:
[0011]本實用新型的內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置，包括位于鋼絞線錨索體4外露段的孔口錨索鎖具7，還包括在設(shè)在錨索孔2孔口段的塑料內(nèi)導(dǎo)向管13、和套裝于塑料內(nèi)導(dǎo)向管13外部的金屬保護(hù)套筒5，塑料內(nèi)導(dǎo)向管13和金屬保護(hù)套筒5之間依次充填有1、Π、ΙΙΙ級荷載不同的彈塑性可壓縮材料6，所述的金屬保護(hù)套筒5的前端設(shè)有固定端頭11，金屬保護(hù)套筒5的后端設(shè)有蓋板12和金屬墊板10。所述的彈塑性可壓縮材料6由不同規(guī)格的金屬讓壓管和設(shè)在金屬讓壓管內(nèi)的樹脂構(gòu)成。
[0012]本實用新型內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置的金屬保護(hù)套筒5為圓管結(jié)構(gòu)，鋼絞線錨索體4穿過金屬保護(hù)套筒5與塑料內(nèi)導(dǎo)向管13，彈塑性可壓縮材料6按三級讓壓設(shè)置在塑料內(nèi)導(dǎo)向管13周邊按次序分布，塑料內(nèi)導(dǎo)向管13通過固定端頭11固定在金屬保護(hù)套筒5上，采用蓋板12將塑料內(nèi)導(dǎo)向管13端口封閉以防止彈塑性可壓縮材料6的擠壓從孔口外露，通過塑料墊片9、金屬墊板10及孔口錨索鎖具7固定該裝置和施加預(yù)緊力，金屬墊板8安裝固定在金屬保護(hù)套筒5端部。
[0013]工作原理:鋼絞線錨索體安裝于金屬保護(hù)套筒與塑料內(nèi)導(dǎo)向管內(nèi)，不同類型彈塑性可壓縮材料在塑料內(nèi)導(dǎo)向管與金屬保護(hù)套筒間依次順序布置；孔口鎖具通過鋼絞線錨索體的連接拉伸作用可在金屬套筒內(nèi)形成壓縮滑動作用，并通過彈簧墊片、剛性墊片及孔口蓋板對彈塑性可壓縮材料形成擠壓作用。當(dāng)錨索體中軸向拉應(yīng)力低于彈塑性可壓縮材料的彈性極限時，整體錨固結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生彈性變形；當(dāng)軸向拉力達(dá)到彈塑性可壓縮材料的彈性極限后，該材料可產(chǎn)生較大的塑性壓縮變形，這樣在軸向拉力不提高的情況下，可產(chǎn)生較大變形，可適應(yīng)圍巖大變形的需要，從而使錨固結(jié)構(gòu)實現(xiàn)整體讓壓作用。由于圍巖變形時可對錨索體產(chǎn)生軸向拉力作用，當(dāng)軸向拉力值在鋼絞線錨索體和彈塑性可壓縮材料的彈性承載極限范圍內(nèi)時，錨索結(jié)構(gòu)整體處于彈性變形狀態(tài)；當(dāng)軸向拉力大于彈塑性可壓縮材料的彈性承載極限，且小于鋼絞線錨索體的屈服強(qiáng)度時，彈塑性可壓縮材料會持續(xù)產(chǎn)生塑性壓縮變形，以適應(yīng)圍巖大變形和錨索體高拉應(yīng)力的需要；同時，可根據(jù)不同狀態(tài)下圍巖變形與承載的需要進(jìn)行分級讓壓(可分為I級、II級、III級等三級讓壓荷載，一般取錨索設(shè)計錨固力值的60%、75%和90% )，以適應(yīng)圍巖不同階段大變形的需要，并能與錨索承載狀態(tài)監(jiān)測和分級預(yù)警系統(tǒng)統(tǒng)一；在彈塑性可壓縮材料產(chǎn)生塑性流動變形的過程中，鋼絞線錨索體能保持分級恒定的工作阻力，處于彈性狀態(tài)，即實現(xiàn)了錨索分級恒阻大變形的目的。且處于理想塑性狀態(tài)的樹脂類可壓縮材料可從套筒底部與錨索體間的環(huán)向縫隙處向鉆孔內(nèi)形成擠壓塑性流動變形，以置換出較大變形空間，保證錨固裝置和圍巖整體大變形的需要。當(dāng)軸向拉應(yīng)力超過三級彈塑性可壓縮材料的最終彈性承載極限，且塑性變形趨于穩(wěn)定值后，將繼續(xù)由錨索體自身的彈性變形能力來滿足圍巖后期變形的需要，直至軸向拉應(yīng)力超過錨索體極限強(qiáng)度，導(dǎo)致錨索體結(jié)構(gòu)發(fā)生彈脆性斷裂破壞。此外，錨索孔口處O?1.5m范圍內(nèi)的破裂圍巖之間的滑動與碎漲變形會對錨索體產(chǎn)生較大的橫向剪切作用，可導(dǎo)致錨索體發(fā)生剪切破壞，本裝置將錨索體置于金屬保護(hù)套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)，圍巖產(chǎn)生的橫向剪切應(yīng)力將主要由保護(hù)套筒結(jié)構(gòu)來承受，因此，對錨索體起到了良好的保護(hù)作用，可有效提高錨索結(jié)構(gòu)總體抵抗剪切破壞的能力。再則，該結(jié)構(gòu)均置于圍巖和鉆孔內(nèi)，不會導(dǎo)致錨固結(jié)構(gòu)在圍巖表面外露過長而影響開挖空間的使用要求，構(gòu)成了封閉的內(nèi)嵌式錨固結(jié)構(gòu)。
[0014]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于在本領(lǐng)域的技術(shù)和施工人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理前提下，還可以做出若干改進(jìn)或替換，這些改進(jìn)或替換也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置，包括位于鋼絞線錨索體(4)外露段的孔口錨索鎖具(7)，其特征在于:還包括設(shè)在錨索孔(2)孔口段的塑料內(nèi)導(dǎo)向管(13)和套裝于塑料內(nèi)導(dǎo)向管(13)外部的金屬保護(hù)套筒(5)，塑料內(nèi)導(dǎo)向管(13)和金屬保護(hù)套筒(5)之間依次充填有1、I1、III級屈服荷載不同的彈塑性可壓縮材料(6)，所述的金屬保護(hù)套筒(5)的前端設(shè)有固定端頭(11)，金屬保護(hù)套筒(5)的后端設(shè)有蓋板(12)和金屬墊板(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌式分級恒阻抗剪大變形錨固裝置，其特征在于:所述的彈塑性可壓縮材料(6)由不同規(guī)格的金屬讓壓管和設(shè)在金屬讓壓管內(nèi)的樹脂構(gòu)成。
【文檔編號】E21D21-00GK204267064SQ201420654400
【發(fā)明者】韓立軍, 孟慶彬, 蔚立元, 宗義江, 陳廷學(xué), 章俊, 李 昊, 李俊 [申請人]中國礦業(yè)大學(xué)