[发明专利]用于季节性冻土滑坡防治的自平衡锚索结构及设计方法

权利要求书

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方法，其特征在于：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。

6.根据权利要求5所述的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，其特征在于：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。