阅读说明：本技术 一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆 (Self-tapping type yielding anchor rod capable of controlling large deformation of soft rock and having displacement monitoring function ) 是由 徐卫亚 黄威 张建平 胡明涛 孙翔 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆,包括：中空自攻式螺纹杆体、高强度螺母、恒阻让位构件挤压头、微机电系统阵列数据线固定卡扣、外侧套筒、托盘、恒阻让位内筒、微机电系统加速度计和微机电系统阵列数据线。本发明能够实现软岩锚固、释放岩体变形能及锚杆六向自由度监测的效果。(The invention discloses a self-tapping yielding anchor rod capable of controlling large deformation of soft rock and having a displacement monitoring function, which comprises: the device comprises a hollow self-tapping threaded rod body, a high-strength nut, a constant-resistance abdicating component extrusion head, a micro electro mechanical system array data line fixing buckle, an outer side sleeve, a tray, a constant-resistance abdicating inner cylinder, a micro electro mechanical system accelerometer and a micro electro mechanical system array data line. The invention can realize the effects of soft rock anchoring, rock deformation energy release and six-direction freedom degree monitoring of the anchor rod.)

一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆

技术领域

本发明涉及岩土锚固和工程支护技术领域，尤其是一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆。

背景技术

随着我国工程建设的飞速发展，岩土工程面临着更多更复杂的地质条件，如隧洞穿越软岩地层时，存在软弱岩土体大变形、浅埋洞段塌方冒顶等围岩变形破坏和地质灾害问题，特别是埋深较大隧洞段的软岩大变形等问题。软岩具有抗压强度低，承载能力差，变形模量小，流变效应明显及易产生大变形等特点。普通锚杆或锚索常因软岩隧洞变形量较大而被拉断，对工程的施工及运行等将造成非常不利影响。

目前，在软岩大变形问题中通常采用全长灌浆锚杆及钢架等支护措施进行“硬抗”，然而软岩流变效应明显，岩体变形能逐渐累积，在隧洞运行期支护结构受到的应力逐渐增大，存在结构失稳的风险，因此，基于新奥法“让其变形，不让其充分变形”的支护原理，本发明提出的自攻式让位锚杆拥有较大的让位距离，可以释放围岩累积的变形能，避免支护结构的破坏。同时，现有的监测系统主要布置于岩体表面，监测布置费时费力且成本较高，缺乏对于锚杆工作状态的监测，在隧洞支护的研究过程中缺乏充分的监测资料，在锚杆内部嵌入阵列式位移计可以将监测系统与支护系统统一施工，可以更好的研究锚杆全生命周期的工作性态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆，能够实现软岩锚固、释放岩体变形能及锚杆六向自由度监测的效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆，包括：中空自攻式螺纹杆体1、高强度螺母2、恒阻让位构件挤压头3、微机电系统阵列数据线固定卡扣4、外侧套筒5、托盘6、恒阻让位内筒9、微机电系统加速度计10和微机电系统阵列数据线11；中空自攻式螺纹杆体1变形后通过高强度螺母2将力传至恒阻让位构件挤压头3，恒阻让位构件挤压头3挤压恒阻让位内筒9使其屈服，外侧套筒5位于恒阻让位内筒9外防止恒阻让位内筒9破坏后掉落影响施工，托盘6与岩体接触，将锚杆拉力传至岩体，托盘6与外侧套筒5、恒阻让位内筒9、恒阻让位构件挤压头3及高强度螺母2和中空自攻式螺纹杆体1相连，外侧套筒5外有微机电系统阵列数据线固定卡扣4，微机电系统加速度计10固定于锚杆杆体内侧，微机电系统阵列数据线11串联微机电系统加速度计10。

优选的，中空自攻式螺纹杆体1包括螺纹杆体7和自攻式杆体8；螺纹杆体7作为锚杆锚固段，自攻式杆体8作为锚杆自由段，螺纹杆体段7可以在锚杆受力后发生变形。

优选的，微机电系统阵列数据线11长度长于中空自攻式螺纹杆体1防止锚杆变形过程中微机电系统阵列数据线11被拉断，微机电系统阵列数据线11伸出锚杆杆体外30cm～40cm，让位锚杆让位功能生效后杆体拉长，微机电系统阵列数据线11始终位于中空锚杆杆体外以便数据采集。

优选的，恒阻让位构件挤压头3采用Q345钢材，为倒圆台结构。

优选的，外侧套筒5和恒阻让位内筒9采用Q235钢材，恒阻让位内筒9内径小于恒阻让位构件挤压头3上底面直径。

本发明的有益效果为：(1)在锚杆作用期间允许围岩产生较大变形，释放围岩变形能；(2)自攻式锚杆杆体自由段部分可以发生变形，解决了全长锚固锚杆变形受限导致让位构件失效的问题，同时与端锚锚杆相比，自攻式锚杆拥有更长的锚固距离，可有效防止软岩中的锚固失效问题；(3)阵列式位移计包括多个微机电系统加速度位移计，可以测得测点六向自由度，准确获取锚杆的工作性态。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构剖面图。

图3为本发明的恒阻让位构件的俯视图。

图4为本发明的恒阻让位构件的剖面图。

其中，1、中空自攻式螺纹杆体；2、高强度螺母；3、恒阻让位构件挤压头；4、微机电系统阵列数据线固定卡扣；5、外侧套筒；6、托盘；7、螺纹杆体；8、自攻式杆体；9、恒阻让位内筒；10、微机电系统加速度计；11、微机电系统阵列数据线。

具体实施方式

如图1-2所示，一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆，包括：中空自攻式螺纹杆体1、高强度螺母2、恒阻让位构件挤压头3、微机电系统阵列数据线固定卡扣4、外侧套筒5、托盘6、恒阻让位内筒9、微机电系统加速度计10和微机电系统阵列数据线11；中空自攻式螺纹杆体1变形后通过高强度螺母2将力传至恒阻让位构件挤压头3，恒阻让位构件挤压头3挤压恒阻让位内筒9使其屈服，外侧套筒5位于恒阻让位内筒9外防止恒阻让位内筒9破坏后掉落影响施工，托盘6与岩体接触，将锚杆拉力传至岩体，托盘6与外侧套筒5、恒阻让位内筒9、恒阻让位构件挤压头3及高强度螺母2和中空自攻式螺纹杆体1相连，外侧套筒5外有微机电系统阵列数据线固定卡扣4，微机电系统加速度计10固定于锚杆杆体内侧，微机电系统阵列数据线11串联微机电系统加速度计10。

中空自攻式螺纹杆体1包括螺纹杆体7和自攻式杆体8；螺纹杆体7作为锚杆锚固段，自攻式杆体8作为锚杆自由段，螺纹杆体段7可以在锚杆受力后发生变形。

微机电系统阵列数据线11长度长于中空自攻式螺纹杆体1防止锚杆变形过程中微机电系统阵列数据线11被拉断，微机电系统阵列数据线11伸出锚杆杆体外30cm～40cm，让位锚杆让位功能生效后杆体拉长，微机电系统阵列数据线11始终位于中空锚杆杆体外以便数据采集。

恒阻让位构件挤压头3采用Q345钢材，为倒圆台结构。

外侧套筒5和恒阻让位内筒9采用Q235钢材，恒阻让位内筒9内径小于恒阻让位构件挤压头3上底面直径。

如图3-4所示，恒阻让位构件主要包括高强度螺母2、恒阻让位构件挤压头3、外侧套筒5及恒阻让位内筒9，岩体发生变形，锚杆受拉后中空自攻式螺纹杆体1发生变形，拉力通过高强度螺母2传导至恒阻让位构件挤压头3，在应力较小时，恒阻让位构件不发生变形，当应力高于恒阻让位内筒9的屈服应力，套筒部分屈服，杆体发生变形且应力大小为恒阻让位内筒9的屈服应力，当恒阻让位内筒9全部屈服，挤压头与外侧套筒5接触，挤压头与外侧套筒5接触面积大，因此锚杆杆体断裂前不会发生屈服。