用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，包括碟簧蓄能系统、退位卡套、安全卡套、防护套筒、钢绞线、架线环、注浆管、承力转换板和导向帽；碟簧蓄能系统为蓄能部件，在岩土体产生向坡内位移时减少预应力损失以及岩土体产生向坡外位移时减少锚索轴力的增量；碟簧蓄能系统位于防护套筒左端并通过锚具连接有钢绞线，钢绞线延伸进防护套筒内并穿过左侧的承力转换板后连接有退位卡套及安全卡套；该锚索结构在使用时能够根据特殊岩土体滑坡不同工况自动调节预应力，以确保锚固工程的有效性及耐久性；另外，本发明专利技术还公开了一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构的设计方法，便于实现锚索结构的设计制造。

【技术实现步骤摘要】
用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构及设计方法
本专利技术涉及一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，另外还涉及一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构的设计方法，属于滑坡治理工程

技术介绍
锚索结构作为岩土锚固技术的核心组成部分，从锚索受力后固定段灌浆体的受力方式，可以分为拉力型锚索和压力型锚索两种。在常见的滑坡防治措施中，通过锚固段嵌入滑床稳定岩土中，中部设置自由段，表层与框格梁等反力装置配合使用，能实现表层防护及深部加固的统一。但在特殊的工况下，如地震、冻融循环下季节性冻土冻胀融沉往复变形等，可能会因产生预应力损失过大而失效，或锚固力突然增大过多锚索框架结构破坏而失效。如季节性冻土区的锚杆冻结期最大拉力可达受冻前的2-3倍，融化后预应力损失过大，可能发生无任何征兆的冻融局部滑塌。由于这类滑坡存在的环境相对复杂，岩土性质特殊，作用机理复杂，目前框架锚索技术应用于这类滑坡治理时，往往通过加大框架梁柱、锚索截面尺寸或锚固体长度来提高边坡的稳定性，该措施既造成材料浪费严重，又不能解决滑坡双向变形时锚索的耐久性及可靠性，会给滑坡防治工程埋下较大的安全隐患。申请号为：CN201611262415.1，公开号为：CN106522250A的专利技术专利公开了一种适宜于冻土区冻融边坡加固的预应力锚固结构，包括垫墩，所述垫墩左侧的顶部和底部均设有坡面，所述垫墩的左侧设有钢垫板，所述钢垫板的左侧设有冻融适应弹性垫圈，所述冻融适应弹性垫圈的左侧设有锚具，所述锚具、冻融适应弹性垫圈和钢垫板的外侧套设有保护外壳，垫墩的右侧设有碎石防冻层，所述碎石防冻层的右侧设有自取段。该专利技术通过设置的冻融适应弹性垫圈和碎石防冻层，来对锚索在使用时起到防止变形的作用；但是，该锚固结构在使用时，通过弹性垫圈和钢垫板来实现防止锚索变形的目的，其自动调节预应力效果较差；同时，其行程太小，调节预应力范围。因此，亟需研究可适应季节性冻土滑坡不同工况可自动调节预应力的新型锚索结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中锚索不能适应季节性冻土滑坡不同工况进行自动调节预应力的缺点，提供一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，该锚索结构在使用时能够根据特殊岩土体滑坡不同工况(季节性冻土冻胀融沉状态)自动调节预应力，以确保锚固工程的有效性及耐久性；另外，本专利技术还公开了一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构的设计方法，便于实现锚索结构的设计制造。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：(一)本专利技术的基本构思如下：本专利技术主要由碟簧蓄能系统、退位卡套、安全卡套、防护套筒、钢绞线、架线环、注浆管及导向帽组成。其中，碟簧蓄能系统主要由叠合、对合组合而成的碟簧构件组成，其有效荷载、极限荷载、有效行程及极限行程均应按锚索参数指标要求设计；其主要功能为蓄能，在岩土体产生向坡内位移时减少预应力损失；当岩土体产生向坡外位移时减少锚索轴力的增量；退位卡套主要挤压套及特制的弹簧钢丝组成，起始退位压力可按需设定；安全卡套主要由特制挤压套组成，卡套与钢绞线紧密接触，在钢绞线破断前不会滑脱；防护套筒主要由圆柱壳体加封底板，用于保护退位卡套、安全卡套；其中，需要说明的是，钢绞线、架线环、注浆管及导向帽均按传统锚索制作方式制作。(二)本专利技术的具体方案如下：一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，包括碟簧蓄能系统、退位卡套、安全卡套、防护套筒、钢绞线、架线环、注浆管、承力转换板和导向帽；防护套筒包括呈圆柱状结构的壳体和连接在壳体底部的封底板；防护套筒构成锚索结构的自由段，钢绞线一端通过若干架线环连接后在端部连接一导向帽，钢绞线、架线环及导向帽构成锚索结构的锚固段；承力转换板设置在防护套筒内，承力转换板有两个，承力转换板之间通过连接部连接；锚固段的钢绞线依次穿过封底板及右侧的承力转换板后在该钢绞线的端部紧密连接一安全卡套；碟簧蓄能系统为蓄能部件，在岩土体产生向坡内位移时减少预应力损失以及岩土体产生向坡外位移时减少锚索轴力的增量；碟簧蓄能系统位于防护套筒左端并通过一锚具连接有钢绞线，钢绞线延伸进防护套筒内并穿过左侧的承力转换板后连接有退位卡套及安全卡套；注浆管穿过防护套筒侧壁及左、右侧承力转换板后，注浆管端部延伸至锚固段底部。进一步优化，碟簧蓄能系统主要由单片碟簧以叠合、对合的方式构成。在本专利技术中，退位卡套主要由挤压套及弹簧钢丝组成，退位卡套的初始退位压力能够按需设定。其中，安全卡套包括挤压套，挤压套与钢绞线紧密连接。本专利技术还公开了一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构设计方法，其具体包括如下步骤：步骤1：进行滑坡勘察，查明滑坡岩性及各种工况下可能产生的指向坡内、坡外变形量，设计锚索长度及吨位；步骤2：完成步骤1后，设计碟簧蓄能系统的有效荷载、极限荷载、有效行程、极限行程及碟簧蓄能系统等效弹力系数；步骤3：根据步骤2结果参照《机械手册》，根据碟簧蓄能系统的有效荷载、极限荷载、有效行程、极限行程及碟簧蓄能系统等效弹力系数进行碟簧结构设计；步骤4：根据极限荷载、极限行程设计安全卡套及退位卡套；当地震或者大变形作用锚固力大于设计屈服力N1时，退位卡套发挥作用，可维持工作锚固力N0。进一步说明，步骤2的具体过程如下，对于张拉锁定状态以锚具为研究对象，其力学平衡状态为：式中，E-钢绞线弹性模量；l-钢绞线自由段长度；Δl-张拉过程中钢绞线伸长量；n-钢绞线数量；S-钢绞线有效面积；k-碟簧蓄能系统等效弹力系数；x0-张拉过程中碟簧蓄能系统压缩量；当滑坡产生位移为x时，设相对于锁定状态锚索位移增量变化量Δx1，碟簧蓄能系统位移增量Δx2，则位移显然满足：Δx1+Δx2＝x(2)此时以锚具为研究对象，其力学平衡状态为：联立式(1)、式(2)、式(3)，得出碟簧蓄能系统等效弹力系数为：x/Δx1越大，则由滑坡产生的位移传递给自平衡锚索的位移越小，所需碟簧蓄能系统等效弹力系数越小，此时锚索内力变化最小。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术在实际使用时，能够根据特殊岩土体滑坡不同工况(季节性冻土冻胀融沉)自动调节预应力，以确保锚固工程的有效性及耐久性；并且，具有较好的抗震性能。更重要的是，在实际的使用中，当出现滑坡大变形时，碟簧蓄能系统能够与退位卡套协同作用，提高锚索结构的抗变形能力及抗震性能，进一步确保锚固工程的有效性及耐久性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术整体结构示意图。图2为本专利技术在冻胀作用下的整体结构状态示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，其特征在于：包括碟簧蓄能系统、退位卡套、安全卡套、防护套筒、钢绞线、架线环、注浆管、承力转换板和导向帽；/n防护套筒包括呈圆柱状结构的壳体和连接在壳体底部的封底板；/n防护套筒构成锚索结构的自由段，钢绞线一端通过若干架线环连接后在端部连接一导向帽，钢绞线、架线环及导向帽构成锚索结构的锚固段；/n承力转换板设置在防护套筒内，承力转换板有两个，承力转换板之间通过连接部连接；/n锚固段的钢绞线依次穿过封底板及右侧的承力转换板后在该钢绞线的端部紧密连接一安全卡套；/n碟簧蓄能系统为蓄能部件，在岩土体产生向坡内位移时减少预应力损失以及岩土体产生向坡外位移时减少锚索轴力的增量；碟簧蓄能系统位于防护套筒左端并通过一锚具连接有钢绞线，钢绞线延伸进防护套筒内并穿过左侧的承力转换板后连接有退位卡套及安全卡套；/n注浆管穿过防护套筒侧壁及左、右侧承力转换板后，注浆管端部延伸至锚固段底部。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，其特征在于：包括碟簧蓄能系统、退位卡套、安全卡套、防护套筒、钢绞线、架线环、注浆管、承力转换板和导向帽；
防护套筒包括呈圆柱状结构的壳体和连接在壳体底部的封底板；
防护套筒构成锚索结构的自由段，钢绞线一端通过若干架线环连接后在端部连接一导向帽，钢绞线、架线环及导向帽构成锚索结构的锚固段；
承力转换板设置在防护套筒内，承力转换板有两个，承力转换板之间通过连接部连接；
锚固段的钢绞线依次穿过封底板及右侧的承力转换板后在该钢绞线的端部紧密连接一安全卡套；
碟簧蓄能系统为蓄能部件，在岩土体产生向坡内位移时减少预应力损失以及岩土体产生向坡外位移时减少锚索轴力的增量；碟簧蓄能系统位于防护套筒左端并通过一锚具连接有钢绞线，钢绞线延伸进防护套筒内并穿过左侧的承力转换板后连接有退位卡套及安全卡套；
注浆管穿过防护套筒侧壁及左、右侧承力转换板后，注浆管端部延伸至锚固段底部。


2.根据权利要求1所述的一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，其特征在于：碟簧蓄能系统主要由单片碟簧以叠合、对合的方式构成。


3.根据权利要求1所述的一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，其特征在于：退位卡套主要由挤压套及弹簧钢丝组成，退位卡套的初始退位压力能够按需设定。


4.根据权利要求1所述的一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构，其特征在于：安全卡套包括挤压套，挤压套与钢绞线紧密连接。


5.一种用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨栋，石胜伟，王全成，姜昭群，张勇，蔡强，周云涛，
申请(专利权)人：中国地质科学院探矿工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51