【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固定锚杆，特别涉及一种基于液态金属的分级预警锚杆及预警方法。
技术介绍
1、随着城市化进程的加速，加之土地资源的有限性，地下空间日益成为城市发展的重要空间。地下空间可用于建设城市基础设施、开发资源、保护环境等项目和工程，以提升城市的功能和服务水平。因此，地下空间的有效利用为城市发展开辟了新的机遇，促进了城市的可持续发展。然而，地下工程常需应对围岩质量较差的地质条件。在此背景下，锚杆作为一种常见的支护和固定结构，具有重要作用。锚杆可提升地下结构的稳定性和安全性，确保施工的顺利进行。当地下工程发生大变形和位移时，传统的锚杆仅提供支撑作用，但可能会因此被拉断，进而导致工程岩土体的破坏。因此，为了及时了解锚杆的受力情况和潜在破坏风险，需要开发预警锚杆，以更有效地支持地下工程建设。
2、在工程材料领域，液态金属以其良好的流动性、导电性、可塑性和耐腐蚀性等优势，被广泛应用于多个领域并展现出了良好的发展前景。例如，cn109339842a公开了一种液态金属传感器和使用该传感器监测预警的大变形锚杆，液态金属传感器包括人造皮肤，在人造皮肤内采用软光刻技术制作微流通道，微流通道内部充满液态金属，根据锚杆拉力引起人造皮肤产生形变从而使得微流通道内液态金属受拉后电阻发生变化，根据实测电阻以及实验电阻和拉力的关系进行预警。此锚杆的预警较为可靠，但需要进行电阻测算，也不能直接反映锚杆生命周期内的受力情况。
3、基于液态金属的特性，仍有必要构建结构简单、预警效果好的锚杆。
技术实现思路
1、针对现有技术的问题，本专利技术旨在解决锚杆破坏过程的感知和预警。本专利技术的锚杆不仅能够提供支护力，充分利用了液态金属的流动性和导电性特性实现对锚杆的监测和预警，从而确保地下工程施工的安全和稳定。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于液态金属的分级预警锚杆，包括杆体、固定件和预警装置；
3、所述杆体的一端锚固在岩体中，所述杆体的另一端套接所述预警装置后连接所述固定件，所述固定件将所述预警装置固定在岩体上；
4、所述预警装置包括内径与杆体外径匹配的液囊、电源、电路、指示灯以及微流道，所述电路包括主路和支路，所述电源设置在所述主路上，所述支路上设置有指示灯；
5、所述液囊由弹性材料制成且存储有液态金属，所述液囊的出口与微流道相通，所述杆体受力下对所述液囊进行挤压，使得液态金属将微流道填充后与所述支路形成导电回路使得指示灯发光，根据受力增大，更多的支路的指示灯发光。
6、进一步地，根据液态金属被挤出体积与锚杆抗拉拔力之间的关系，将所述微流道划分为多个区域；
7、当微流道更多的区域被液态金属填充使得更多的支路被导通，更多的支路指示灯发光。
8、进一步地，所述液态金属被挤出体积与锚杆抗拉拔力之间的关系由液态金属液囊所受压力与液态金属被挤出体积的关系和液态金属液囊所受压力与锚杆抗拉拔力的关系确定。
9、进一步地，所述预警装置还包括封装外壳，所述封装外壳设置有与所述杆体外径匹配的开孔；
10、所述液囊、电源、电路、指示灯以及微流道均设置于所述封装外壳内；
11、所述封装外壳的材质为兼具刚性、弹性和韧性的材料。
12、进一步地，所述液囊的上部还设置有弹性部件，所述液囊通过所述弹性部件与所述封装外壳的内壁相抵。
13、进一步地，所述预警装置和所述岩体之间还设置有托盘；
14、所述托盘的截面积大于所述封装外壳的截面积。
15、进一步地，所述主路也设置有指示灯，仅有主路指示灯发光时，所述杆体受力正常。
16、为了更好地进行预警提示，进一步地，所述主路的指示灯和所述支路的指示灯显示的颜色不同。优选地，主路指示灯发光的颜色不醒目，可以选为绿光；随着挤出液态金属体积增大而导通的支路指示灯发光的颜色越加醒目，示例性可以依次选用黄光、橙光和红光。
17、本专利技术也提供了上述的基于液态金属的分级预警锚杆的预警方法，包括，
18、在岩体中布设杆体，并安装预警装置和固定件；
19、根据预警装置的支路上指示灯发光情况识别杆体的受力状况。
20、本专利技术所使用的液态金属为无毒的液态金属，比如镓铟锡合金（galinstan）。镓铟锡合金是由镓、铟和锡组成的共晶合金，它在-19℃时会熔化，因此，该合金在室温下呈液态状态。镓铟锡合金具有无毒性和低反应性的特点，因此在许多液态金属的应用中，已取代了有毒的汞或活跃的钠钾合金。本专利技术中液态金属液囊可以采用超弹性材料聚二甲基硅氧烷（pdms）制作，pdms具有优异的柔软性、耐热性、化学稳定性、透明度、生物相容性和易加工性等特点，在微流体学领域有广泛的应用。采用pdms制作的液态金属液囊能均匀变形，且变形在应力撤销后还能恢复。
21、相对于现有技术，本专利技术具有以下的有益效果：
22、（1）本专利技术利用了液态金属具有良好流动性、无毒性、稳定性和导电性等特点，相比于采用离子液体作为导电介质，更具稳定性、安全性和环保性；
23、（2）本专利技术适用性更为广泛，不仅能够提供支护力，还能够实时感知锚杆的受力情况并提供预警；
24、（3）本专利技术预警简单明确，通过支路的指示灯发光情况即可识别杆体的受力状况。
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1.一种基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，包括杆体、固定件和预警装置；
2.根据权利要求1所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，根据液态金属被挤出体积与锚杆抗拉拔力之间的关系，将所述微流道划分为多个区域；
3.根据权利要求2所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述液态金属被挤出体积与锚杆抗拉拔力之间的关系由液态金属液囊所受压力与液态金属被挤出体积的关系和液态金属液囊所受压力与锚杆抗拉拔力的关系确定。
4.根据权利要求1所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述预警装置还包括封装外壳，所述封装外壳设置有与所述杆体外径匹配的开孔；
5.根据权利要求4所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述液囊的上部还设置有弹性部件，所述液囊通过所述弹性部件与所述封装外壳的内壁相抵。
6.根据权利要求4所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述预警装置和所述岩体之间还设置有托盘；
7.根据权利要求1~6任一项所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述主路也设置有指示灯，仅有
8.根据权利要求7所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述主路的指示灯和所述支路的指示灯显示的颜色不同。
9.一种权利要求1所述的基于液态金属的分级预警锚杆的预警方法，其特征在于，包括，
...【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，包括杆体、固定件和预警装置；
2.根据权利要求1所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，根据液态金属被挤出体积与锚杆抗拉拔力之间的关系，将所述微流道划分为多个区域；
3.根据权利要求2所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述液态金属被挤出体积与锚杆抗拉拔力之间的关系由液态金属液囊所受压力与液态金属被挤出体积的关系和液态金属液囊所受压力与锚杆抗拉拔力的关系确定。
4.根据权利要求1所述的基于液态金属的分级预警锚杆，其特征在于，所述预警装置还包括封装外壳，所述封装外壳设置有与所述杆体外径匹配的开孔；
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊伟，陈萍，赵智，周小平，陈涛，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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