一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆

技术领域

本发明涉及岩土锚固技术领域，具体涉及一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆。

背景技术

随着我国大型工程建设的发展，越来越多的边坡稳定性问题相应出现，边坡失稳常造成滑坡等地质灾害，对工程的正常施工以及人们的生命财产安全造成严重的威胁。

滑坡一般由滑床、滑带和滑体组成，是指岩体沿着一定的软弱结构面或剪切带在重力或其他影响因素作用下向下发生倾倒滑动的破坏现象，为保持边坡的长期稳定，人们常采用锚杆固定在岩体中进行支护。传统的锚杆为整体杆体结构，其抵抗变形能力、抗剪能力不足，比如当边坡岩体发生大变形剪切位移时，锚杆很容易在剪切带附近或锚头处被剪断，从而失去支护作用，最终导致滑坡等地质灾害的发生。此外，在深部巷道支护工程中，由于高地应力、高地温或复杂的岩体结构的影响，巷道围岩常发生错动或移动，从而导致锚杆在剪应力和轴向拉拔力的双重作用下发生破断，失去锚固作用；另外高强度的锚杆虽然抵抗变形能力、抗剪能力有所提升，但是其加工成本较高。

发明内容

本发明提供一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆，结构简单，能够有效适应岩体剪切大变形，对岩体起到良好的支撑作用。

为实现上述目的，本一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆，包括锚杆主体、套管组件和连接组件；

所述锚杆主体包括沿轴线左右布置的第一杆体、第二杆体和第三杆体；第三杆体上移动安装有锚垫板，并螺纹设置紧固螺母；

所述第一杆体和第二杆体之间通过套管组件连接，第二杆体和第三杆体之间通过连接组件连接；

所述套管组件包括支撑套管和左右伸缩的第一调节组件，支撑套管可拆卸的套装在第一杆体和第二杆体之间，并与第一杆体和第二杆体形成内腔，第一调节组件位于内腔内，两端分别与第一杆体和第二杆体固定连接。

进一步的，所述第一调节组件包括多个左右布置的第一圆环，多个第一圆环相互环扣形成链结构；

当多个第一圆环拉长时，其左右长度大于支撑套管的长度。

进一步的，所述连接组件包括多个左右布置的第二圆环，多个第二圆环相互环扣形成链结构。

进一步的，所述连接组件还包括第二调节组件，所述第二调节组件包括调节夹板、夹紧杆和第二弹簧；

一对夹紧杆中部相互转动连接并形成X型结构，右端均与左边的第二圆环连接、左端对应与一对调节夹板的一端连接，当第二圆环受力拉伸时，一对夹紧杆的右端相互靠近；

一对调节夹板围成圆柱套筒结构并套装在第二杆体上，圆柱套筒内壁上设有多个左右布置的凹槽，圆柱套筒与第二杆体之间设有固定在第二杆体上的多个限位凸块，每个限位凸块匹配设置在凹槽内；

所述第二弹簧套装在圆柱套筒外侧。

进一步的，多个凹槽先以第二杆体的周向均匀布置，再左右布置，相应的限位凸块先周向均匀设置在第二杆体上，再左右布置，限位凸块为半球形结构。

进一步的，所述圆柱套筒的左侧设有环形槽，第二杆体右端固定设有与环形槽相匹配的限位块。

进一步的，所述第一圆环的数量大于第二圆环的数量，当多个第一圆环拉长时，其左右长度大于多个第二圆环拉长时的长度。

进一步的，所述第一调节组件为第一弹簧，第一弹簧的左右两端分别与第一杆体、第二杆体固定连接。

进一步的，所述第一杆体和第二杆体上分别滑动套装有锁紧套、并且靠近支撑套管的端头处相应设有限位环块；

每个锁紧套螺纹套装在支撑套管外侧，并顶住限位环块进行限位。

进一步的，所述支撑套管上设有通过锁紧销封闭的通孔，内腔内设有充填剂。

与现有技术相比，本一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆由于在第一杆体和第二杆体之间通过套管组件连接，当岩体发生剪切位移，位于剪切带附近的支撑套管承受一定的剪应力和拉力后而被剪断时，内腔内的第一调节组件发生作用，第一调节组件为多个环环相扣的第一圆环，多个环环相扣的第一圆环由收缩松弛状态变为被压弯、拉长状态，并仍连接在第一杆体和第二杆体之间，因此可继续承受较大的剪应力和拉力，适应岩体的剪切变形，释放能量，对岩体起到良好的支撑作用；

由于在第二杆体和第三杆体之间设有连接组件，一方面第三杆体处的多个第二圆环相互连接形成链条结构，多个环环相扣的第二圆环能够起到适应剪切位移和传递轴力的作用，防止锚杆在岩体表面受到剪切力和轴向力而被剪断，另一方面连接组件还包括第二调节组件，当多个第二圆环相互被剪切位移或轴向拉伸时，一对夹紧杆的右端相互靠近，实现一对调节夹板对第二杆体夹紧，而且拉力越大夹紧力越大，圆柱套筒相对第二杆体向右移动，限位凸块根据受力情况滑动嵌入不同的凹槽内，实现持续摩擦滑动位移和拉伸，有效使整体承受更大的剪切位移和轴向力，另外第二杆体右端的限位块最终可以卡在套筒最后面的环形凹槽内，实现对大变形锚杆的最后防护；本一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆，吸收能量，延长锚杆使用寿命，有效适应岩体剪切变形，对岩体起到持续良好的支撑作用。

附图说明

图1是本发明的整体主视图；

图2是本发明的套管组件一种方案主视图；

图3是本发明的套管组件另一种方案主视图；

图4是本发明中连接组件主视图；

图中：11、第一杆体，12、第二杆体、13、第三杆体，14、紧固螺母，15、锚垫板，21、支撑套管，22、限位环块，23、锁紧套，24、第一圆环，25、充填剂，26、锁紧销，27、第一弹簧，31、第二圆环，32、调节夹板，33、夹紧杆，34、第二弹簧，35、限位凸块，36、限位块，37、凹槽，38、环形槽，39、第三弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆包括锚杆主体、套管组件和连接组件；

所述锚杆主体包括沿轴线左右布置的第一杆体11、第二杆体12和第三杆体13；第三杆体13上移动安装有锚垫板15，并螺纹设置紧固螺母14；

所述第一杆体11和第二杆体12之间通过套管组件连接，第二杆体12第三杆体13之间通过连接组件连接；

所述套管组件包括支撑套管21和左右伸缩的第一调节组件，支撑套管21可拆卸的套装在第一杆体11和第二杆体12之间，并与第一杆体11和第二杆体12形成内腔，第一调节组件位于内腔内，两端分别与第一杆体11和第二杆体12固定连接；

进一步的，所述第一调节组件包括多个左右布置的第一圆环24，多个第一圆环24相互环扣形成链结构；

当多个第一圆环24拉长时，其左右长度大于支撑套管21的长度；因此保障在支撑套管21在断裂时，多个第一圆环24伸长可处于伸长状态，并承受相应的剪应力和拉力；

进一步的，所述连接组件包括多个左右布置的第二圆环31，多个第二圆环31相互环扣形成链结构；

在实际安装过程时，多个第一圆环24伸长的具体长度，根据剪切带的范围进行确定，并且多个第一圆环24和多个第二圆环31的抗拉强度不低于锚杆主体的抗拉强度；

如图4所示，进一步的，所述连接组件还包括第二调节组件，所述第二调节组件包括调节夹板32、夹紧杆33和第二弹簧34；

一对夹紧杆33中部相互转动连接并形成X型结构，右端均与左边的第二圆环31连接、左端对应与一对调节夹板32的一端连接，当第二圆环31受力拉伸时，一对夹紧杆33的右端相互靠近，即优选的，一对夹紧杆33的右端分别通过钢绞线与第二圆环31连接，当第二圆环31受力拉伸时，一对夹紧杆33通过钢绞线的拉动而相互靠近，使得另一端利用杠杆原理进行夹紧固定；

一对调节夹板32围成圆柱套筒结构并套装在第二杆体12上，圆柱套筒内壁上设有多个左右布置凹槽37，圆柱套筒与第二杆体12之间设有固定在第二杆体12上的多个限位凸块35，每个限位凸块35匹配设置在凹槽37内；

圆柱套筒外侧套装有第二弹簧34；凹槽37与圆柱套筒内壁平滑过渡，实现限位凸块35根据受力情况滑动嵌入不同的凹槽37内；

将连接组件放置在岩体的钻孔内，一方面第三杆体13处的多个第二圆环31相互连接形成链条结构，主要起到初步适应剪切位移和传递轴力的作用，即可承受一定的剪切位移和轴向力的作用，另一方面连接组件还包括第二调节组件，当多个第二圆环31相互被剪切位移时或轴向拉伸时，一对夹紧杆33的右端相互靠近，使得其左边利用杠杆相互更加夹紧，即一对调节夹板32向中间靠近，对第二杆体12夹紧，由于圆柱套筒与第二杆体12之间设有限位凸块35，通过限位凸块35与圆柱套筒内壁的凹槽37相互匹配，第二弹簧34对圆柱套筒周向弹性限位，当剪切位移时或轴向拉伸过大时，圆柱套筒可相对第二杆体12向右移动，限位凸块35根据受力情况嵌入不同的凹槽37内，实现持续摩擦滑动进行位移和拉伸，有效使整体承受更大的剪切位移和轴向力，避免连接组件的断裂，防止锚杆在岩体表面受到更大的剪切力和轴向力而被剪断；

优选的，多个凹槽37先以第二杆体12的周向均匀布置，再左右布置，相应的限位凸块35先周向均匀设置在第二杆体12上，再左右布置，限位凸块35为半球形结构，半球形结构不仅实现在凹槽37内的限位，而且当圆柱套筒相对第二杆体12滑动时，半球形结构有效在不同的凹槽37内过渡滑动；

进一步的，所述圆柱套筒的左侧设有环形槽38，第二杆体12右端固定设有与环形槽38相匹配的限位块36。

当圆柱套筒移动至第二杆体12右侧时，限位块36嵌入在环形槽38内，实现最终的限位，在圆柱套筒相对第二杆体12移动全过程中，圆柱弹簧始终套装在圆柱套筒外侧，并且初始状态可为向内收缩或者贴合状态，当为贴合状态时，圆柱弹簧的一端固定在第二杆体12上。并且可以在一对夹紧杆33的右端之间设有向内受力的第三弹簧39，使得圆柱套筒在初始状态处于夹紧状态；

进一步的，所述第一圆环24的数量大于第二圆环31的数量，当多个第一圆环24拉长时，其左右长度大于多个第二圆环31拉长时的长度；优选的，第二圆环31的数量为4-5个；

如图3所示，所述第一调节组件为第一弹簧27，第一弹簧27的左右两端分别与第一杆体11、第二杆体12固定连接；

进一步的，所述第一杆体11和第二杆体12上分别滑动套装有锁紧套23、并且靠近支撑套管21的端头处相应设有限位环块22；

每个锁紧套23螺纹套装在支撑套管21外侧，并顶住限位环块22进行限位。

进一步的，所述支撑套管21上设有通过锁紧销26封闭的通孔，内腔内设有充填剂25；

进一步的，所述支撑套管21采用硬质合金脆性金属材料，所述第一圆环24和第二圆环31表面涂敷防腐蚀材料；所述充填剂25为聚氨酯弹性体材料；

本一种自适应摩擦式抗剪切大变形锚杆使用时，支撑套管21套装在第一杆体11和第二杆体12之间，优选的，可通过锁紧套23螺纹安装在支撑套管21上、限位环块22对锁紧套23进行限位，因此不仅实现支撑套管21的拆卸连接，而且保障内腔处于封闭状态；另外，支撑套管21也可直接螺纹安装在第一杆体11和第二杆体12上；

将本锚杆放置在岩体的钻孔中，当岩体发生剪切位移时，第一杆体11和第二杆体12之间剪切力不同，即位于剪切带附近的支撑套管21可承受一定的剪应力和拉力，当岩体继续剪切变形时，支撑套管21不足以承受剪应力时而被剪断，此时里面的第一调节组件开始发挥作用；

一种方案，第一调节组件为多个环环相扣的第一圆环24，初始状态时，多个第一圆环24在支撑套管21内处于收缩、松弛状态，当支撑套管21断裂后，多个第一圆环24被压弯、拉长，并且其仍连接在第一杆体11和第二杆体12之间，因此可继续承受较大的剪应力和拉力，适应岩体的剪切变形和轴向位移，释放能量；

另一种方案，第一调节组件为第一弹簧27，当支撑套管21断裂后，第一弹簧27被拉长并可承受一定的剪应力和拉力。