恒阻大變形纜索及其恒阻裝置發(fā)明內容

恒阻大變形纜索及其恒阻裝置技術目的

本發(fā)明的目的在于提供一種恒阻大變形纜索及其恒阻裝置，以解決現(xiàn)有錨索存在的單純依靠錨索強度導致的當滑動力超過預應力錨索材料強度時錨索失效的問題 。

恒阻大變形纜索及其恒阻裝置技術方案

本發(fā)明提供的恒阻大變形纜索的恒阻裝置包括套管和用于固定連接纜索的恒阻體，所述套管呈直管結構，所述恒阻體呈錐臺結構，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內壁的下部設有楔形部，所述恒阻體設于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度，以使所述恒阻體在所述套管內移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產生恒阻力。

根據(jù)所述恒阻大變形纜索的恒阻裝置的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述恒阻體中設有多個通孔，所述通孔呈錐臺結構，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的恒阻大變形纜索包括纜索、錨具、承載板和夾片，所述纜索的上端通過夾片固定于所述錨具和承載板，其中，還包括恒阻裝置，所述恒阻裝置包括套管和恒阻體，所述套管呈直管結構，所述恒阻體呈錐臺結構，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑；所述套管的內徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內壁的下部設有楔形部，所述恒阻體設于所述楔形部；所述恒阻體的強度大于所述套管的強度，以使所述恒阻體在所述套管內移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產生恒阻力；所述纜索的下端固定于所述恒阻體上。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述恒阻體中設有多個通孔，所述通孔呈錐臺結構，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行；所述纜索的下端通過所述夾片固定于所述通孔中。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述套管的上端固定一防滑擋板，所述纜索穿過所述防滑擋板。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述套管內壁上部固定一隔板，所述纜索穿過所述隔板，且所述隔板上方的所述套管內填充隔水防腐材料。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述恒阻體的下端端面覆蓋一擋板以防止所述通孔中的夾片脫落。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述擋板上設有多個第一類型孔，所述纜索的下端分別穿過所述擋板上的第一類型孔。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述套管的下端設有一密封的導向頭。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述擋板的中心設有一第二類型孔，一螺栓穿過所述第二類型孔將所述擋板固定于所述恒阻體的下端端面。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述纜索的上端上設有力學傳感器以監(jiān)測所述纜索的受力狀況，且所述力學傳感器設于所述錨具和承載板之間。根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述導向頭的上端端面包括一凹槽。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述隔水防腐材料為石蠟、瀝青、黃油及各種成分按一定比例組成的混合材料。

根據(jù)上述恒阻大變形纜索的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述導向頭呈錐形或平頭錐臺形。

改善效果

本發(fā)明提供的應用于軟巖邊坡和發(fā)震斷層活動性監(jiān)測的恒阻大變形纜索，從滑坡災害監(jiān)測和發(fā)震斷層活動性監(jiān)測的角度來說，在巖體發(fā)生滑動過程中不會因為滑動力大于纜索極限強度而被拉斷，繼而喪失監(jiān)測的作用，而是通過恒阻體在套管內滑移來抵抗剩余滑動力的拉斷效應。整個裝置結構設計合理，使用方便，并且具有“抗中有讓，讓中有抗，恒阻防斷”的力學特性，可以對滑坡災害和發(fā)震斷層活動全過程進行監(jiān)測和預警 。

20世紀50年代以后，隨著預應力技術的提高，錨固加固理論、設計方法、規(guī)程規(guī)范的逐漸完善，以及錨索防腐手段的不斷進步，預應力錨索的發(fā)展越來越快。巖體預應力錨索單根預應力承載力已經達到16MN（德國）。預應力錨索結構類型多樣、種類繁多，并隨著應用水平的提高，不斷改進、完善。預應力錨固技術已經廣泛應用于巖土加固工程的各個領域，并積累了豐富的工程實踐經驗。

但是，在軟巖邊坡和活動性斷層監(jiān)測和預警領域，發(fā)現(xiàn)應用傳統(tǒng)預應力錨索充當力學傳輸裝置存在有缺陷，例如滑動面和斷層面上的滑動力超過預應力錨索材料強度時，會發(fā)生錨索斷裂，力學信號傳輸系統(tǒng)破壞、整個監(jiān)測系統(tǒng)失效的事故，無法對滑坡全過程進行連續(xù)監(jiān)測 。

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的剖面結構示意圖

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的套管的剖面結構示意圖

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的恒阻體的仰視結構示意圖

圖4為圖3所示的A-A剖視結構示意圖

圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例的擋板結構示意圖

圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例的隔板結構示意圖

圖7為本發(fā)明優(yōu)選實施例應用時滑坡前的地址結構示意圖

圖8為本發(fā)明優(yōu)選實施例應用時滑坡后的地址結構示意圖

圖9為本發(fā)明優(yōu)選實施例應用時的位移-拉力曲線圖 。

本發(fā)明涉及一種軟巖邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測預警和發(fā)震斷層活動性監(jiān)測的新型材料，尤其涉及一種恒阻大變形纜索及其恒阻裝置，屬于軟巖邊坡大變形破壞加固、監(jiān)測、預警技術領域 。

1.一種恒阻大變形纜索的恒阻裝置，其特征在于，包括套管和用于固定連接纜索的恒阻體，所述套管呈直管結構，所述恒阻體呈錐臺結構，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑

所述套管的內徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內壁的下部設有楔形部，所述恒阻體設于所述楔形部

所述恒阻體的強度大于所述套管的強度，以使所述恒阻體在所述套管內移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產生恒阻力。

2．根據(jù)權利要求1所述的恒阻大變形纜索的恒阻裝置，其特征在于，所述恒阻體中設有多個通孔，所述通孔呈錐臺結構，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行。

3．一種恒阻大變形纜索，包括纜索、錨具、承載板、第一夾片和第二夾片，所述纜索的上端通過所述第一夾片固定于所述錨具和承載板，其特征在于，還包括恒阻裝置，所述恒阻裝置包括套管和恒阻體，所述套管呈直管結構，所述恒阻體呈錐臺結構，且所述恒阻體的下端端面的直徑大于其上端端面的直徑

所述套管的內徑小于所述恒阻體的下端端面的直徑，所述套管內壁的下部設有楔形部，所述恒阻體設于所述楔形部

所述恒阻體的強度大于所述套管的強度以使所述恒阻體在所述套管內移動時所述恒阻體形狀不變而所述套管發(fā)生塑性變形進而產生恒阻力

所述纜索的下端固定于所述恒阻體上。

4.根據(jù)權利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述恒阻體中設有多個通孔，所述通孔呈錐臺結構，且所述通孔的軸線與所述恒阻體的軸線平行

所述纜索的下端通過所述第二夾片固定于所述通孔中。

5．根據(jù)權利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述套管的上端固定一防滑擋板，所述纜索穿過所述防滑擋板。

6.根據(jù)權利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述套管內壁上部固定一隔板，所述纜索穿過所述隔板，且所述隔板上方的所述套管內填充隔水防腐材料。

7．根據(jù)權利要求4所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述恒阻體的下端端面覆蓋一擋板以防止所述通孔中的所述第二夾片脫落。

8.根據(jù)權利要求7所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述擋板上設有多個第一類型孔，所述纜索的下端分別穿過所述擋板上的第一類型孔。

9.根據(jù)權利要求3所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述套管的下端設有一密封的導向頭。

10．根據(jù)權利要求7所述的恒阻大變形纜索，其特征在于，所述擋板的中心設有一第二類型孔，一螺栓穿過所述第二類型孔將所述擋板固定于所述恒阻體的下端端面 。

鑒于現(xiàn)有技術中存在的問題和不足，基于恒阻大變形控制理論和錨固體系基本原理，本發(fā)明提供一種應用于軟巖邊坡和發(fā)震斷層加固、監(jiān)測、預警于一體的恒阻大變形纜索，當作用在纜索上的荷載達到設計閾值時，則設置在纜索下端的由恒阻體和套管組成的恒阻裝置就可以通過恒阻體在套管內的滑移來抵抗剩余荷載產生的拉斷效應，從而防止纜索被拉斷破壞。

圖1示意性的示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的結構，如其所示，本優(yōu)選實施例主要包括導向頭1、恒阻體5、套管8、纜索7、隔板9、防滑擋板11、填充于隔板9和防滑擋板11之間的防水充填料10、承載板12、錨具13以及將纜索7固定于錨具13和恒阻體5的夾片4。應用時，如圖7和圖8所示，纜索7的上端通過夾片4固定于錨具13，承載板12抵頂在另設的錨墩上。

如圖1和圖2所示，本優(yōu)選實施例的套管8呈直管結構，其內壁的下部設有楔形部801用于容置恒阻體5，楔形部801的傾斜面和套管8的內壁有一個較小的夾角L。如圖1和圖3、圖4所示，本優(yōu)選實施例的恒阻體5呈錐臺結構，且恒阻體5的下端端面的直徑D大于其上端端面的直徑d。套管8的內徑小于恒阻體5的下端端面的直徑D。恒阻體5的強度大于套管8的強度，例如若恒阻體5為45號碳素鋼，則套管8可以選擇20號碳素鋼。恒阻體5和套管8的材料、恒阻體5的側壁和下端面的夾角、恒阻體5的長度、恒阻體5的上端端面的直徑d和下端端面直徑D、套管8的壁厚、恒阻體5下端端面的直徑D和套管8的內徑的差都與恒阻體5在套管8中滑動時的摩擦力有關，其具體選擇應根據(jù)實際需求而定，因為在應用過程中，邊坡下滑時，如圖7和圖8所示，纜索7將帶動恒阻體5在套管中滑動，依靠該滑動摩擦力保證本優(yōu)選實施例的恒阻效果。但是在進行恒阻體5和套管8的參數(shù)選擇時，應使恒阻體5在套管8內移動時恒阻體5形狀不變而套管8發(fā)生塑性變形。例如在恒阻體5采用45號碳素鋼、恒阻體5上端端面的直徑為93mm、恒阻體5下端端面的直徑為96mm、恒阻體5長150mm、套管8采用20號碳素鋼、套管8內徑93mm、套管8壁厚20mm時，恒阻體5和套管8之間的恒阻力為850KN。

為了便捷高效的將纜索7固定于恒阻體5，本優(yōu)選實施例的恒阻體5中設有多個供纜索7穿過并容置夾片4的通孔500。如圖3和圖4所示，通孔500的上端開口501位于恒阻體5的上端端面，其下端開口502位于恒阻體5的下端端面，開口501小于開口502，從圖中可以得知，通孔500呈錐臺結構。每一通孔500的軸線均與恒阻體5的軸線平行，每一纜索7的下端分別通過夾片4固定于通孔500中。需要說明的是，雖然本優(yōu)選實施例的纜索為6根，相應地，恒阻體5的通孔500也為6個，通孔500環(huán)繞恒阻體5的軸線均布于恒阻體5中，但是本發(fā)明并不以此為限，纜索的數(shù)量、通孔的設置方式都可以根據(jù)需要做出改變。

為了防止材料缺陷或生產缺陷導致恒阻體5滑出套管8，或者恒阻體5正?；鎏坠?，套管8的上端固定一防滑擋板11，例如焊接固定，防滑擋板11上設有供纜索穿過的孔，優(yōu)選的是，該孔和恒阻體5的通孔500 的軸線在同一直線上。

在應用現(xiàn)場向軟巖下索之前，已經將纜索7通過夾片4固定于恒阻體5的通孔500的下部，但是下索的過程，纜索7將可能發(fā)生往復滑動導致夾片4脫落，為避免下索時夾片4脫落，如圖1和圖5所示，恒阻體5的下端端面覆蓋一擋板3。擋板3的中心設有一孔302，螺栓⒉穿過孔302并固定于恒阻體5下端端面的孔503中，借此將擋板3固定于恒阻體5的下端端面。擋板3的周緣設有多個孔301，孔 301與各纜索7分別對應，纜索7的下端分別穿過孔301，借此可以防止下索過程中，由于夾片4松動及纜索7裕量過小導致的纜索7不能被固定于通孔500 中。

為了防止固定本優(yōu)選實施例時的泥漿或者地下水進入套管8，從而導致恒阻體5和套管8的內壁腐蝕，無法實現(xiàn)恒阻效果，本優(yōu)選實施例的套管8的內壁上部固定一隔板9，如圖1和圖6所示，纜索7穿過隔板9上的孔901，隔板9、防滑擋板11、套管內壁構成的空間中填充隔水防腐材料，例如瀝青、石蠟或者石蠟、瀝青、黃油按一定比例進行混合的混合材料。同樣優(yōu)選的是，隔板9上設置的供纜索7穿過的孔901和恒阻體5的通孔500的軸線在同一直線上。

為了防止套管8及恒阻體5受腐蝕，本優(yōu)選實施例的套管8的下端設有一密封的導向頭1。優(yōu)選的是，導向頭1前端呈錐形，當然也可以呈平頭錐臺形，且上端面有一凹槽，錐形結構可以使得下索時阻力小較為順利，凹槽可以減輕重量、簡化結構及容置伸出擋板2的纜索7。

為了實時獲得纜索7的拉力，纜索7上端的錨具13和承載板12之間設有力學傳感器（圖中未示出）。

如圖7所示，在滑坡發(fā)生前，將本優(yōu)選實施例穿過潛在滑動面ht，安裝在相對穩(wěn)定的滑床hc上。如圖8所示，在滑坡發(fā)生過程中，當滑動力小于本優(yōu)選實施例設計恒阻力（即恒阻體5和套管8之間的靜摩擦力）時，主要依靠纜索7的材料變形來抵抗滑動力的增加當滑動力大于本優(yōu)選實施例設計恒阻力時，恒阻體5沿著套管8發(fā)生滑移，依靠套管8的結構變形來抵抗滑動力的增加，從而防止纜索7由于巖土體大變形破壞而被拉斷。

當巖土體發(fā)生大變形破壞時，會將變形能施加到纜索7上，形成纜索7的軸向拉力。當纜索7軸向拉力小于纜索設計恒阻力時，由于摩擦阻力的作用，恒阻體5與套管8之間不會發(fā)生相對位移，力學傳感器上測得的作用力為纜索7上彈性范圍內的軸向拉力；當纜索7軸向拉力大于等于纜索7設計恒阻力時，恒阻體5開始沿著套管8發(fā)生滑移，此時力學傳感器上測得的作用力主要為恒阻力，由于恒阻力是套管8和恒阻體5之間的摩擦阻力，因此，在滑移過程中，不考慮套管8內部缺陷，恒阻力大小恒定，力學傳感器測得的力學信息也應當恒定。采集數(shù)據(jù)可以繪制成如圖9所示的拉力-位移曲線，其中曲線c1為傳統(tǒng)預應力錨索的拉力–位移曲線，c2為傳統(tǒng)非預應力錨索的拉力–位移曲線， c3為本優(yōu)選實施例的拉力–位移曲線，通過曲線可以分別計算本優(yōu)選實施例抵抗變形的能量和吸收變形的能量。而應用力學傳感器也可以對傳統(tǒng)預應力錨索進行力學信息的采集，由于其不存在恒阻特征，不存在能量吸收特性，因此無法對滑坡全過程變形能進行科學計算，即使滑坡發(fā)生了，變形能和滑動力大小也不得而知。

綜上所述，應用本發(fā)明時，當滑動巖體從穩(wěn)定狀態(tài)到不穩(wěn)定狀態(tài)、從近滑到臨滑狀態(tài)時，作用在其上的滑動力逐漸增加，當滑動力超過設計恒阻力時，恒阻體發(fā)生滑移，來抵抗巖土體大變形對纜索產生的拉斷效應。從監(jiān)測的角度來說，本發(fā)明在滑坡發(fā)生過程中不會因為滑動力大于纜索強度而被拉斷，繼而喪失監(jiān)測作用，而是通過恒阻體在套管體內滑移來抵剩余滑動力拉斷效應，從而實現(xiàn)對滑坡全過程進行實時監(jiān)測?？梢姳景l(fā)明具有“抗中有讓，讓中有抗，恒阻防斷”的力學特性，可以對滑坡災害全過程進行監(jiān)測和預警 。

2021年4月30日，《恒阻大變形纜索及其恒阻裝置》獲得第二十一屆中國專利獎金獎 。

本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目 審核 。

恒阻支柱(支架)是受載達工作阻力后,壓縮量增加,工作阻力基本保持恒定的可縮性支柱(支架),如液壓支架、單體液壓支柱、液壓放頂支柱等。這類支柱(支架)具有較理想的工作特性和性能,為各國廣泛應用

中文名稱

恒阻支柱

英文名稱

yielding prop

定　　義

受載達工作阻力后,壓縮量增加支撐力基本保持恒定的可縮性支柱。

應用學科

煤炭科技（一級學科），煤礦開采（二級學科），礦山壓力與巖層控制（三級學科）

電阻率剖面法包括許多分支裝置：二級裝置、三級裝置、聯(lián)合剖面裝置、對稱四級裝置、偶極裝置等。

電阻率剖面法二極裝置

這種裝置的特點是供電電極B和測量電極N均置于“無窮遠”處接地。無窮遠是相對概念，若B極在M點產生的電位或A極在N點所產生的電位相對于A極在M點所產生的電位可以忽略不計時，便可以認為B極或N極位于“無窮遠”。因此，二極裝置實際上時一種測量電位的裝置。

電阻率剖面法三極裝置

三極裝置，當只將供電電極B置于“無窮遠”，而將AMN沿測線排列并進行逐點觀測時，便稱為三極裝置。

電阻率剖面法聯(lián)合剖面裝置

聯(lián)合剖面裝置由兩個對稱的三極裝置聯(lián)合組成，故稱聯(lián)合剖面裝置。其中電源負極接到置于“無窮遠”處的C極，正極可分別接至A極或B極。

電阻率剖面法對稱四極裝置

這種裝置的特點是AM=NB，記錄點取在MN的中點。當取AM=MN=NB=a時，這種對稱等距排列稱為溫納（Wenner)裝置。

電阻率剖面法偶極裝置

這種裝置的特點是供電電極AB和測量電極MN均采用偶極，并分開有一定距離。由于四個電極都在一條直線上，故又稱軸向偶極。2100433B