抗剪自修复大变形锚杆及其应用方法
阅读说明：本技术 抗剪自修复大变形锚杆及其应用方法 (Shear-resistant self-repairing large-deformation anchor rod and application method thereof ) 是由 吴学震 郑含芳 蒋宇静 关振长 王刚 黄明 于 2021-03-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种抗剪自修复大变形锚杆及其应用方法,适用于各类土木工程和采矿工程的支护锚杆,包括中空锚杆体,所述中空锚杆体的内腔中设置有外壳为脆性材料的分段囊泡,所述分段囊泡内含有修复材料,所述中空锚杆体的一端套置有托盘并螺接有螺母。该锚杆解决了节理剪切变形导致锚杆锚固体破裂引发的锚杆破坏和腐蚀问题。(The invention relates to a shear-resistant self-repairing large-deformation anchor rod and an application method thereof, which are applicable to supporting anchor rods of various civil engineering and mining engineering. The anchor rod solves the problems of anchor rod damage and corrosion caused by anchor rod anchoring body fracture due to joint shear deformation.)
技术领域
本发明涉及一种抗剪自修复大变形锚杆及其应用方法，适用于各类土木工程和采矿工程的支护锚杆。
背景技术
传统研究主要关注锚杆的拉伸破坏，然而工程现场调查显示，锚杆的破坏很大一部分是由岩体在节理面的剪切变形造成的。对于岩层而言，岩层结构面的剪切破坏或者岩体本身的剪切破坏是岩层破坏的一种重要形式，特别是对于高地震带破碎区而言。在岩体的节理、裂隙位置，锚杆的锚固剂和防腐结构在剪切作用下很容易破碎，由于地下水、空气通过破碎区后直接接触锚杆，从而会对锚杆的局部位置产生严重腐蚀，大大降低锚杆的整体承载力。
现有技术中，专利号CN201711249469.9提出了“一种用于锚杆防腐的套管装置及锚杆防腐施工方法”，在锚杆上套设大小两个套管，使其具有水泥砂浆和防渗液两层防腐层，但防腐层在节理发生剪切变形受到破坏后，锚杆仍会腐蚀，无法长期工作。专利号CN105840223A提出了“一种大变形自修复抗岩爆锚杆”，锚杆在让压变形的同时，A组分胶粘剂会被挤压至B组分胶粘剂，混合生成泡沫状胶粘剂，填充到岩体变形产生的裂隙中。然而，因为需保证A组分胶粘剂被充分挤压至与B组混合，该锚杆的修复功能只能在围岩产生较大拉伸变形的时候才能发挥作用，且该锚杆的修复材料只能从锚杆的某一局部溢出，并未能解决节理剪切变形导致锚杆锚固剂破裂引发的锚杆腐蚀问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗剪自修复大变形锚杆及其应用方法，该锚杆解决了节理剪切变形导致锚杆锚固体破裂引发的锚杆破坏和腐蚀问题。
本发明的技术方案在于：一种抗剪自修复大变形锚杆，包括中空锚杆体，所述中空锚杆体的内腔中设置有外壳为脆性材料的分段囊泡，所述分段囊泡内含有修复材料，所述中空锚杆体的一端套置有托盘并螺接有螺母。
进一步地，所述中空锚杆体为表面沿轴向间隔设置有一排小孔的孔型中空锚杆体，所述小孔与中空锚杆体的内腔相连通，所述中空锚杆体的内腔沿轴向间隔设置有与每个小孔一一对应的分段囊泡。
进一步地，所述中空锚杆体为横截面呈C型的C型中空锚杆体，中空锚杆体的内腔沿轴向间隔设置有分段囊泡。
进一步地，所述修复材料为遇水膨胀材料。
进一步地，所述修复材料为胶粘材料和遇水膨胀材料的组合体。
进一步地，所述遇水膨胀材料为聚亚胺胶脂材料。
进一步地，所述分段囊泡中设置有压缩气囊。
进一步地，所述分段囊泡的数量不少于5个或者单个长度不大于30cm。
进一步地，所述中空锚杆外包覆有锚固剂。
一种抗剪自修复大变形锚杆的应用方法，包括以下步骤：
（1）在待支护岩体中打锚孔，锚孔直径大于锚杆直径；
（2）通过锚固剂将抗剪自修复大变形锚杆的锚固端固定在锚孔中；
（3）通过托盘和螺母将锚杆的外端固定在锚孔外侧，完成锚杆安装。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：在岩体裂隙位置受到剪切荷载发生变形后，锚固体破碎的同时，分段囊泡也会破损，其内含的修复材料自动或者在膨胀材料挤压下流出，渗透进入所述破碎锚固体以及周围岩体的裂隙，可以起到粘结修复的作用，使锚杆重新发挥支护作用，同时防止地下水和空气接触锚杆杜绝腐蚀，提高锚杆使用寿命。修复材料可以分段流出，进行多次的有针对性的修复，不会造成修复材料的浪费。
附图说明
图1为本发明的孔型抗剪自修复大变形锚杆纵剖面示意图；
图2为本发明的C型抗剪自修复大变形锚杆纵剖面示意图；
图3为本发明的C型抗剪自修复大变形锚杆横截面示意图；
图中：1-中空锚杆体；2-螺母；3-托盘；4-锚固剂；5-小孔；6-分段囊泡；7-槽段。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
实施例一 参考图1
一种抗剪自修复大变形锚杆，包括中空锚杆体1，所述中空锚杆体的内腔中设置有外壳为脆性材料的分段囊泡6，所述分段囊泡内含有修复材料，所述中空锚杆体的一端套置有托盘3并螺接有螺母2；中空锚杆体安装在锚孔时表面包覆有锚固剂4，以便与锚孔连接锚固。
本实施例中，所述中空锚杆体为表面沿轴向间隔设置有一排小孔5的孔型中空锚杆体，所述小孔与中空锚杆体的内腔相连通，所述中空锚杆体的内腔沿轴向间隔设置有与每个小孔一一对应的分段囊泡6。当中空锚杆体某一处发生剪切破断后，该破断处附近的分段囊泡外壳也会破损，修复材料从该破断处附近的小孔流出，渗透进入破碎锚固体以及周围岩体的裂隙，可以起到粘结修复的作用，使锚杆重新发挥支护作用，同时防止地下水和空气接触锚杆杜绝腐蚀，提高锚杆使用寿命。而其他位置的分段囊泡不受影响，还可以在相应岩体节理处产生节理剪切时再次发挥作用。
本实施例中，所述修复材料为遇水膨胀材料，所述遇水膨胀材料为聚亚胺胶脂材料等，聚亚胺胶脂材料在遇水后时产生关联反应，发生膨胀，在膨胀压力的作用下，被压入锚固体破裂区和岩体缝隙。
本实施例中，所述修复材料还可以为胶粘材料和遇水膨胀材料的组合体，其中所述遇水膨胀材料为聚亚胺胶脂材料等，遇水膨胀材料遇水后膨胀，进而将胶粘材料挤入锚固体破裂区和岩体缝隙，胶粘材料将破碎的锚固体粘结使其再次发挥锚固作用，并隔绝地下水和空气。
本实施例中，所述分段囊泡中设置有压缩气囊，以便在分段囊泡受挤压局部破损后，压缩气囊膨胀将修复材料挤出。
本实施例中，所述分段囊泡的数量不少于5个或者单个长度不大于30cm。
一种抗剪自修复大变形锚杆的应用方法，包括以下步骤：
（1）在待支护岩体中打锚孔，锚孔直径大于锚杆直径；
（2）将锚杆伸入到锚孔中，并通过锚固剂将抗剪自修复大变形锚杆的锚固端固定在锚孔中；
（3）将套盘套置在锚杆的外端，并通过螺母将锚杆的外端固定在锚孔外侧，完成锚杆安装。
实施例二 参考图2和图3
一种抗剪自修复大变形锚杆，包括中空锚杆体1，所述中空锚杆体的内腔中设置有外壳为脆性材料的分段囊泡6，所述分段囊泡内含有修复材料，所述中空锚杆体的一端套置有托盘3并螺接有螺母2；中空锚杆体安装在锚孔时表面包覆有锚固剂4，以便与锚孔连接锚固。
本实施例中，所述中空锚杆体为横截面呈C型的C型中空锚杆体，即沿锚杆体表面沿轴向有一段槽段7，中空锚杆体的内腔沿轴向间隔设置有分段囊泡6。当中空锚杆体某一位置产生岩体节理剪切错动时，锚固剂破碎的同时，该位置的分段囊泡的外壳也会破损，修复材料从该破断处附近的槽段自动或者在膨胀材料挤压下流出，渗透进入破碎锚固体以及周围岩体的裂隙，可以起到粘结修复的作用，使锚杆重新发挥支护作用，同时防止地下水和空气接触锚杆杜绝腐蚀，提高锚杆使用寿命。
本实施例中，所述修复材料为遇水膨胀材料，所述遇水膨胀材料为聚亚胺胶脂材料等，聚亚胺胶脂材料在遇水后时产生关联反应，发生膨胀，在膨胀压力的作用下，被压入锚固体破裂区和岩体缝隙。
本实施例中，所述修复材料还可以为胶粘材料和遇水膨胀材料的组合体，其中所述遇水膨胀材料为聚亚胺胶脂材料等，遇水膨胀材料遇水后膨胀，进而将胶粘材料挤入锚固体破裂区和岩体缝隙，胶粘材料将破碎的锚固体粘结使其再次发挥锚固作用，并隔绝地下水和空气。
本实施例中，所述分段囊泡中设置有压缩气囊，以便在分段囊泡受挤压局部破损后，压缩气囊膨胀将修复材料挤出。
本实施例中，所述分段囊泡的数量不少于5个或者单个长度不大于30cm。
一种抗剪自修复大变形锚杆的应用方法，包括以下步骤：
（1）在待支护岩体中打锚孔，锚孔直径大于锚杆直径；
（2）将锚杆伸入到锚孔中，并通过锚固剂将抗剪自修复大变形锚杆的锚固端固定在锚孔中；
（3）将套盘套置在锚杆的外端，并通过螺母将锚杆的外端固定在锚孔外侧，完成锚杆安装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的抗剪自修复大变形锚杆并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
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