[发明专利]一种大变形自适应释能锚杆

说明书

本发明公开了一种大变形自适应释能锚杆，它包括有杆体（4）和套在杆体（4）后段上的内阶梯管筒（1），杆体（4）尾部为耐磨损的镁合金摩擦头（41）；内阶梯管筒（1）具有至少两级台阶面，内阶梯管筒从前至后依次分为小径管筒（11）、至少一级中径管筒（12）和大径管筒（13）；耐磨损的镁合金摩擦头（41）外径大于任一中径管筒（12）内径，耐磨损的镁合金摩擦头（41）预置于大径管筒（13）内、初始定位于后级台阶面，杆体（4）与小径管筒（11）为过渡配合或过盈配合。本发明的技术效果是：增大了延伸率，有效地释放围岩变形产生的能量，且大幅提升了锚杆的前期支护能力和破坏强度，具有良好的支护作用，长时间稳定围岩。

技术领域

本发明属于土木工程的防护技术，具体涉及一种锚杆，应用于隧道或巷道灾害防护，或边坡支护等工程。

背景技术

岩土工程中的锚固技术是应用锚杆或锚索对岩体进行加固，它能充分发挥岩土体自身的稳定能力，是一种对原岩扰动小、施工速度快、安全可靠和经济有效的加固技术。锚杆能主动加固岩土体，有效控制其变形，防止岩土体的坍塌破坏，锚杆支护具有许多优点，使锚杆支护技术已成为岩土工程领域的主要支护方式。

在实际的工程中，锚杆支护也存在诸多不足：传统锚杆的延伸率较低，无法有效地释放围岩变形产生的能量。当围岩发生较大变形时，锚杆本身不能适应围岩的大变形而被拉断从而导致锚杆支护体系失效，而锚杆一旦被拉断，则整个锚杆支护系统将会失效。中国专利文献CN209212272U于2019年8月6日公开了一种能适应围岩大变形的可伸长锚杆。包括锚杆杆体、产生恒定锚固力的夹具和与夹具相连的孔口板。围岩变形时，通过连接件将力传递至夹具引起夹具的滑动实现锚杆的伸长。该结构在受到外力时随即开始位移释能，失去了前期支护的作用，为了有良好的变形效果，牺牲了锚杆的支护强度，其破坏强度往往较低，普遍低于普通锚杆，失去了锚杆最基本的支护功能。

另外，现有围岩的大变形监测需人工布点、安装反光片并需人工测量，对人力成本和时间成本造成了极大的浪费。

发明内容

针对现有锚杆存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种大变形自适应释能锚杆，它能增大延伸率，有效地释放围岩变形产生的能量以适应巷道围岩大变形的场所，且具有稳定、高强度的初期支护力，大幅提高锚杆的破坏强度。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有杆体，还包括套在杆体后段上的内阶梯管筒；杆体尾部为耐磨损的镁合金摩擦头，耐磨损的镁合金摩擦头前端与杆体结合部为锥面；内阶梯管筒具有至少两级台阶面，内阶梯管筒从前至后依次分为小径管筒、至少一级中径管筒和大径管筒；耐磨损的镁合金摩擦头直径大于任一中径管筒直径，耐磨损的镁合金摩擦头预置于大径管筒内、初始定位于后级台阶面，杆体与小径管筒为过渡配合或过盈配合；内阶梯管筒外圆面依次装有紧贴围岩壁的钢板托盘和螺母，螺母与内阶梯管筒外圆面为螺纹配合，螺母压住钢板托盘。

优选地，内阶梯管筒的前级台阶面为截面，后级各台阶面为锥面。

本发明的工作原理为：

支护之初，由于耐磨损的镁合金摩擦头与内阶梯管筒后级台阶面之间的面积差，使得杆体与内阶梯管筒相互卡紧，以此产生的静止摩擦力用以提供初期支护力。当围岩对钢板托盘产生的力大于静止摩擦力时，杆体与内阶梯管筒产生相对滑动，耐磨损的镁合金摩擦头开始进入中径管筒，随着耐磨损的镁合金摩擦头进入中径管筒的过程中摩擦面积不断增大从而使得支护力也不断提升，最终随着耐磨损的镁合金摩擦头完全进入中径管筒以达到恒定支护力的作用。随着杆体与内阶梯管筒的相对滑动用以释放围岩所产生的变形能，使得锚杆与围岩达到新的力学平衡状态。此时外力进一步增大，锚杆将在位移、释能、稳定再次位移的过程中循环直到耐磨损的镁合金摩擦头滑移至内阶梯管筒的前级台阶面，进入其极限承载力阶段，如果围岩变形导致外力的再一次增大，锚杆就会进入其破坏阶段。