專利名稱：恒阻大變形纜索及其恒阻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟巖邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測預(yù)警和發(fā)震斷層活動性監(jiān)測的新型材料，尤其涉及一種恒阻大變形纜索及其恒阻裝置，屬于軟巖邊坡大變形破壞加固、監(jiān)測、預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)50年代以后，隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的提高，錨固加固理論、設(shè)計方法、規(guī)程規(guī)范的逐漸完善，以及錨索防腐手段的不斷進步，預(yù)應(yīng)力錨索的發(fā)展越來越快。目前，巖體預(yù)應(yīng)力錨索單根預(yù)應(yīng)力承載力已經(jīng)達到16MN(德國)。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)類型多樣、種類繁多，并隨著應(yīng)用水平的提高，不斷改進、完善。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于巖土加固工程的各個領(lǐng)域，并積累了豐富的工程實踐經(jīng)驗。但是，在軟巖邊坡和活動性斷層監(jiān)測和預(yù)警領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索充當(dāng)力學(xué)傳輸裝置存在有缺陷，例如滑動面和斷層面上的滑動力超過預(yù)應(yīng)力錨索材料強度時， 會發(fā)生錨索斷裂，力學(xué)信號傳輸系統(tǒng)破壞、整個監(jiān)測系統(tǒng)失效的事故，無法對滑坡全過程進行連續(xù)監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種恒阻大變形纜索及其恒阻裝置，以解決現(xiàn)有錨索存在的單純依靠錨索強度導(dǎo)致的當(dāng)滑動力超過預(yù)應(yīng)力錨索材料強度時錨索失效的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的恒阻大變形纜索的恒阻裝置包括套管和用于固定連接纜索的恒阻體，所述套管呈直管結(jié)構(gòu)，所述恒阻體呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內(nèi)徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑， 所述套管內(nèi)壁的下部設(shè)有楔形部，所述恒阻體設(shè)于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度，以使所述恒阻體在所述套管內(nèi)移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產(chǎn)生恒阻力。根據(jù)所述恒阻大變形纜索的恒阻裝置的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述恒阻體中設(shè)有多個通孔，所述通孔呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的恒阻大變形纜索包括纜索、錨具、承載板和夾片，所述纜索的上端通過夾片固定于所述錨具和承載板，其中，還包括恒阻裝置，所述恒阻裝置包括套管和恒阻體，所述套管呈直管結(jié)構(gòu)，所述恒阻體呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內(nèi)徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內(nèi)壁的下部設(shè)有楔形部，所述恒阻體設(shè)于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度，以使所述恒阻體在所述套管內(nèi)移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產(chǎn)生恒阻力；所述纜索的下端固定于所述恒阻體上。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述恒阻體中設(shè)有多個通孔，所述通孔呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行；所述纜索的下端通過所述夾片固定于所述通孔中。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述套管的上端固定一防滑擋板，所述纜索穿過所述防滑擋板。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述套管內(nèi)壁上部固定一隔板，所述纜索穿過所述隔板，且所述隔板上方的所述套管內(nèi)填充隔水防腐材料。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述恒阻體的下端端面覆蓋一擋板以防止所述通孔中的夾片脫落。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述擋板上設(shè)有多個第一類型孔，所述纜索的下端分別穿過所述擋板上的第一類型孔。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述套管的下端設(shè)有一密封的導(dǎo)向頭。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述擋板的中心設(shè)有一第二類型孔，一螺栓穿過所述第二類型孔將所述擋板固定于所述恒阻體的下端端面。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述纜索的上端上設(shè)有力學(xué)傳感器以監(jiān)測所述纜索的受力狀況，且所述力學(xué)傳感器設(shè)于所述錨具和承載板之間。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述導(dǎo)向頭的上端端面包括一凹槽。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述隔水防腐材料為石蠟、 浙青、黃油及各種成分按一定比例組成的混合材料。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述導(dǎo)向頭呈錐形或平頭錐臺形。本發(fā)明提供的應(yīng)用于軟巖邊坡和發(fā)震斷層活動性監(jiān)測的恒阻大變形纜索，從滑坡災(zāi)害監(jiān)測和發(fā)震斷層活動性監(jiān)測的角度來說，在巖體發(fā)生滑動過程中不會因為滑動力大于纜索極限強度而被拉斷，繼而喪失監(jiān)測的作用，而是通過恒阻體在套管內(nèi)滑移來抵抗剩余滑動力的拉斷效應(yīng)。整個裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，使用方便，并且具有“抗中有讓，讓中有抗，恒阻防斷”的力學(xué)特性，可以對滑坡災(zāi)害和發(fā)震斷層活動全過程進行監(jiān)測和預(yù)警。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的套管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的恒阻體的仰視結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3所示的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例的擋板結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例的隔板結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明優(yōu)選實施例應(yīng)用時滑坡前的地址結(jié)構(gòu)示意圖
圖8為本發(fā)明優(yōu)選實施例應(yīng)用時滑坡后的地址結(jié)構(gòu)示意圖
圖9為本發(fā)明優(yōu)選實施例應(yīng)用時的位移-拉力曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，基于恒阻大變形控制理論和錨固體系基本原理，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于軟巖邊坡和發(fā)震斷層加固、監(jiān)測、預(yù)警于一體的恒阻大變形纜索，當(dāng)作用在纜索上的荷載達到設(shè)計閾值時，則設(shè)置在纜索下端的由恒阻體和套管組成的恒阻裝置就可以通過恒阻體在套管內(nèi)的滑移來抵抗剩余荷載產(chǎn)生的拉斷效應(yīng)，從而防止纜索被拉斷破壞。圖1示意性的示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，如其所示，本優(yōu)選實施例主要包括導(dǎo)向頭1、恒阻體5、套管8、纜索7、隔板9、防滑擋板11、填充于隔板9和防滑擋板11之間的防水充填料10、承載板12、錨具13以及將纜索7固定于錨具13和恒阻體5的夾片4。 應(yīng)用時，如圖7和圖8所示，纜索7的上端通過夾片4固定于錨具13，承載板12抵頂在另設(shè)的錨墩上。如圖1和圖2所示，本優(yōu)選實施例的套管8呈直管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)壁的下部設(shè)有楔形部 801用于容置恒阻體5，楔形部801的傾斜面和套管8的內(nèi)壁有一個較小的夾角L。如圖1 和圖3、圖4所示，本優(yōu)選實施例的恒阻體5呈錐臺結(jié)構(gòu)，且恒阻體5的下端端面的直徑D大于其上端端面的直徑d。套管8的內(nèi)徑小于恒阻體5的下端端面的直徑D。恒阻體5的強度大于套管8的強度，例如若恒阻體5為45號碳素鋼，則套管8可以選擇20號碳素鋼。恒阻體5和套管8的材料、恒阻體5的側(cè)壁和下端面的夾角、恒阻體5的長度、恒阻體5的上端端面的直徑d和下端端面直徑D、套管8的壁厚、恒阻體5下端端面的直徑D和套管8的內(nèi)徑的差都與恒阻體5在套管8中滑動時的摩擦力有關(guān)，其具體選擇應(yīng)根據(jù)實際需求而定， 因為在應(yīng)用過程中，邊坡下滑時，如圖7和圖8所示，纜索7將帶動恒阻體5在套管中滑動， 依靠該滑動摩擦力保證本優(yōu)選實施例的恒阻效果。但是在進行恒阻體5和套管8的參數(shù)選擇時，應(yīng)使恒阻體5在套管8內(nèi)移動時恒阻體5形狀不變而套管8發(fā)生塑性變形。例如在恒阻體5采用45號碳素鋼、恒阻體5上端端面的直徑為93mm、恒阻體5下端端面的直徑為 96mm、恒阻體5長150mm、套管8采用20號碳素鋼、套管8內(nèi)徑93mm、套管8壁厚20mm時， 恒阻體5和套管8之間的恒阻力為850KN。為了便捷高效的將纜索7固定于恒阻體5，本優(yōu)選實施例的恒阻體5中設(shè)有多個供纜索7穿過并容置夾片4的通孔500。如圖3和圖4所示，通孔500的上端開口 501位于恒阻體5的上端端面，其下端開口 502位于恒阻體5的下端端面，開口 501小于開口 502，從圖中可以得知，通孔500呈錐臺結(jié)構(gòu)。每一通孔500的軸線均與恒阻體5的軸線平行，每一纜索7的下端分別通過夾片4固定于通孔500中。需要說明的是，雖然本優(yōu)選實施例的纜索為6根，相應(yīng)地，恒阻體5的通孔500也為6個，通孔500環(huán)繞恒阻體5的軸線均布于恒阻體5中，但是本發(fā)明并不以此為限，纜索的數(shù)量、通孔的設(shè)置方式都可以根據(jù)需要做出改變。為了防止材料缺陷或生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致恒阻體5滑出套管8，或者恒阻體5正常滑出套管8，套管8的上端固定一防滑擋板11，例如焊接固定，防滑擋板11上設(shè)有供纜索穿過的孔，優(yōu)選的是，該孔和恒阻體5的通孔500的軸線在同一直線上。在應(yīng)用現(xiàn)場向軟巖下索之前，已經(jīng)將纜索7通過夾片4固定于恒阻體5的通孔500 的下部，但是下索的過程，纜索7將可能發(fā)生往復(fù)滑動導(dǎo)致夾片4脫落，為避免下索時夾片4 脫落，如圖1和圖5所示，恒阻體5的下端端面覆蓋一擋板3。擋板3的中心設(shè)有一孔302，螺栓2穿過孔302并固定于恒阻體5下端端面的孔503中，借此將擋板3固定于恒阻體5 的下端端面。擋板3的周緣設(shè)有多個孔301，孔301與各纜索7分別對應(yīng)，纜索7的下端分別穿過孔301，借此可以防止下索過程中，由于夾片4松動及纜索7裕量過小導(dǎo)致的纜索7 不能被固定于通孔500中。為了防止固定本優(yōu)選實施例時的泥漿或者地下水進入套管8，從而導(dǎo)致恒阻體5 和套管8的內(nèi)壁腐蝕，無法實現(xiàn)恒阻效果，本優(yōu)選實施例的套管8的內(nèi)壁上部固定一隔板9， 如圖1和圖6所示，纜索7穿過隔板9上的孔901，隔板9、防滑擋板11、套管內(nèi)壁構(gòu)成的空間中填充隔水防腐材料，例如浙青、石蠟或者石蠟、浙青、黃油按一定比例進行混合的混合材料。同樣優(yōu)選的是，隔板9上設(shè)置的供纜索7穿過的孔901和恒阻體5的通孔500的軸線在同一直線上。為了防止套管8及恒阻體5受腐蝕，本優(yōu)選實施例的套管8的下端設(shè)有一密封的導(dǎo)向頭1。優(yōu)選的是，導(dǎo)向頭1前端呈錐形，當(dāng)然也可以呈平頭錐臺形，且上端面有一凹槽， 錐形結(jié)構(gòu)可以使得下索時阻力小較為順利，凹槽可以減輕重量、簡化結(jié)構(gòu)及容置伸出擋板2 的纜索7。為了實時獲得纜索7的拉力，纜索7上端的錨具13和承載板12之間設(shè)有力學(xué)傳感器(圖中未示出)。如圖7所示，在滑坡發(fā)生前，將本優(yōu)選實施例穿過潛在滑動面ht，安裝在相對穩(wěn)定的滑床he上。如圖8所示，在滑坡發(fā)生過程中，當(dāng)滑動力小于本優(yōu)選實施例設(shè)計恒阻力(即恒阻體5和套管8之間的靜摩擦力)時，主要依靠纜索7的材料變形來抵抗滑動力的增加； 當(dāng)滑動力大于本優(yōu)選實施例設(shè)計恒阻力時，恒阻體5沿著套管8發(fā)生滑移，依靠套管8的結(jié)構(gòu)變形來抵抗滑動力的增加，從而防止纜索7由于巖土體大變形破壞而被拉斷。當(dāng)巖土體發(fā)生大變形破壞時，會將變形能施加到纜索7上，形成纜索7的軸向拉力。當(dāng)纜索7軸向拉力小于纜索設(shè)計恒阻力時，由于摩擦阻力的作用，恒阻體5與套管8之間不會發(fā)生相對位移，力學(xué)傳感器上測得的作用力為纜索7上彈性范圍內(nèi)的軸向拉力；當(dāng)纜索7軸向拉力大于等于纜索7設(shè)計恒阻力時，恒阻體5開始沿著套管8發(fā)生滑移，此時力學(xué)傳感器上測得的作用力主要為恒阻力，由于恒阻力是套管8和恒阻體5之間的摩擦阻力， 因此，在滑移過程中，不考慮套管8內(nèi)部缺陷，恒阻力大小恒定，力學(xué)傳感器測得的力學(xué)信息也應(yīng)當(dāng)恒定。采集數(shù)據(jù)可以繪制成如圖9所示的拉力-位移曲線，其中曲線cl為傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索的拉力-位移曲線，c2為傳統(tǒng)非預(yù)應(yīng)力錨索的拉力-位移曲線，c3為本優(yōu)選實施例的拉力-位移曲線，通過曲線可以分別計算本優(yōu)選實施例抵抗變形的能量和吸收變形的能量。而應(yīng)用力學(xué)傳感器也可以對傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索進行力學(xué)信息的采集，由于其不存在恒阻特征，不存在能量吸收特性，因此無法對滑坡全過程變形能進行科學(xué)計算，即使滑坡發(fā)生了，變形能和滑動力大小也不得而知。綜上所述，應(yīng)用本發(fā)明時，當(dāng)滑動巖體從穩(wěn)定狀態(tài)到不穩(wěn)定狀態(tài)、從近滑到臨滑狀態(tài)時，作用在其上的滑動力逐漸增加，當(dāng)滑動力超過設(shè)計恒阻力時，恒阻體發(fā)生滑移，來抵抗巖土體大變形對纜索產(chǎn)生的拉斷效應(yīng)。從監(jiān)測的角度來說，本發(fā)明在滑坡發(fā)生過程中不會因為滑動力大于纜索強度而被拉斷，繼而喪失監(jiān)測作用，而是通過恒阻體在套管體內(nèi)滑移來抵剩余滑動力拉斷效應(yīng)，從而實現(xiàn)對滑坡全過程進行實時監(jiān)測?？梢姳景l(fā)明具有“抗中有讓，讓中有抗，恒阻防斷”的力學(xué)特性，可以對滑坡災(zāi)害全過程進行監(jiān)測和預(yù)警。
由技術(shù)常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種恒阻大變形纜索的恒阻裝置，其特征在于，包括套管和用于固定連接纜索的恒阻體，所述套管呈直管結(jié)構(gòu)，所述恒阻體呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內(nèi)徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內(nèi)壁的下部設(shè)有楔形部，所述恒阻體設(shè)于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度，以使所述恒阻體在所述套管內(nèi)移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產(chǎn)生恒阻力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒阻大變形纜索的恒阻裝置，其特征在于，所述恒阻體中設(shè)有多個通孔，所述通孔呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行。
3.—種恒阻大變形纜索，包括纜索、錨具、承載板和夾片，所述纜索的上端通過夾片固定于所述錨具和承載板，其特征在于，還包括恒阻裝置，所述恒阻裝置包括套管和恒阻體， 所述套管呈直管結(jié)構(gòu)，所述恒阻體呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內(nèi)徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內(nèi)壁的下部設(shè)有楔形部，所述恒阻體設(shè)于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度以使所述恒阻體在所述套管內(nèi)移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產(chǎn)生恒阻力；所述纜索的下端固定于所述恒阻體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述恒阻體中設(shè)有多個通孔， 所述通孔呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行；所述纜索的下端通過所述夾片固定于所述通孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述套管的上端固定一防滑擋板，所述纜索穿過所述防滑擋板。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述套管內(nèi)壁上部固定一隔板，所述纜索穿過所述隔板，且所述隔板上方的所述套管內(nèi)填充隔水防腐材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述恒阻體的下端端面覆蓋一擋板以防止所述通孔中的夾片脫落。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述擋板上設(shè)有多個第一類型孔，所述纜索的下端分別穿過所述擋板上的第一類型孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述套管的下端設(shè)有一密封的導(dǎo)向頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述擋板的中心設(shè)有一第二類型孔，一螺栓穿過所述第二類型孔將所述擋板固定于所述恒阻體的下端端面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種恒阻大變形纜索及其恒阻裝置，該恒阻大變形纜索包括纜索、錨具、承載板和夾片，所述纜索的上端通過夾片固定于所述錨具和承載板，其還包括恒阻裝置，所述恒阻裝置包括套管和恒阻體，所述套管呈直管結(jié)構(gòu)，所述恒阻體呈錐臺結(jié)構(gòu)，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內(nèi)徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內(nèi)壁的下部設(shè)有楔形部，所述恒阻體設(shè)于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度以使所述恒阻體在所述套管內(nèi)移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形；所述纜索的下端固定于所述恒阻體上。本發(fā)明具有恒阻防斷的特性，可對滑坡和發(fā)震斷層活動性全過程進行監(jiān)測和預(yù)警。
文檔編號E02D17/20GK102296604SQ20111015713
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者何滿潮, 張斌, 陶志剛 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)