[发明专利]自动锚固装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及到一种自动锚固装置。

背景技术

随着土木工程的发展，土木工程越来越向着智能化的方向发展，智能材料的使用受到了 越来越大的重视，其中记忆合金是一种重要而用广泛使用的智能材料，与传统的土木工程材 料相比，它具有自感知特性和形状记忆效应，而且力学性能优良，具有强度高，质量较轻等 优点。在岩土工程广泛使用的锚固支护中，支护的锚固力随着时间的下降是使锚固支护结构 失效的重要作用，尤其在动态的围岩环境中，传统的粘结式锚固和机械式锚固在用于这种复 杂动态围岩中时，锚固力往往由于凝固后的凝固剂或者机械式锚固端与岩石钻孔的接触失效 而大打折扣。本发明利用形状记忆合金的形状记忆效应和自感知特性，充分发挥记忆合金的 形状恢复驱动力，在岩土工程的支护锚固技术上充分发挥记忆合金的变形特性，使得在动态 环境下锚固力不会减小使得锚固失效，从而维护支护结构的稳定。

发明内容

本发明的任务是在于提供一种自动锚固装置。本发明利用记忆合金在锚固装置中的智能 驱动作用解决了传统锚固方式失效，锚固力下降的问题，具有锚固力大而且锚固力不会受到 动态围岩的影响而减小等优点。

其技术解决方案为：

本发明提出的自动锚固装置，包括：记忆合金杆和套筒两部分组成，其中记忆合金杆加 工为两端具有直径大于中间段直径的圆柱体，记忆合金杆安装在套筒中，其两端较大直径的 圆柱体处在套筒两端具有螺纹的空腔中，套筒两端喉部位置有直径等于记忆合金杆较小直径 的开孔，记忆合金杆中部从这两个孔中穿过安装。

本发明中，所述记忆合金杆的形状为，杆中段为等粗圆柱体，两端有直径大于中间段杆 体且大于套筒两端的开孔的直径的圆柱体。中间段圆柱体的直径和套筒两端开孔的直径相匹 配。

本发明中，所述套筒整体形状呈两端对称，其中套筒中部的筒壁沿母线方向等距切割， 形成宽度长度相同的条状，且每个条状的筒壁的两端仍然和前后的未切割的筒壁完好相连。 条状筒壁中间外部有横向齿文，横向齿文的作用于钻孔周围的岩体上，增大套筒和岩石之间 的摩擦系数，每个条状筒壁两端外部部有横向的凹陷刻纹，横向刻纹用于减小此处条状筒壁 的向外弯曲刚度，使得条状筒壁在此处容易向外弯曲，在横向齿文部位两端内部有横向的凹 陷刻纹，此横向刻纹用来减小此处条状筒壁的向内弯曲刚度，使得条状筒壁在此处容易向内 弯曲。套筒两端腔内内有螺纹，用来连接其他材料，其喉部有直径等于记忆合金杆中部圆柱 体的直径的开孔。

自动锚固装置是作为锚杆的锚固段使用的，和螺纹钢筋、托盘、螺母组成整个锚固体系。 通过自动锚固装置两端内壁上的连接螺纹，可以和螺纹钢筋连接形成具有多个锚固段的锚杆， 对于较深钻孔的围岩的支护，能将围岩压力控制分布在各个锚固段。

自动锚固装置的锚固力来源于记忆合金的形状恢复力，安装时根据具体需要选取合适数 量的螺纹钢钢材将数个或者一个自动锚固装置连接起来形成整个锚杆，然后将锚杆放入打好 的钻孔当中，对自动锚固装置所留出的导线通入电流，使得记忆合金杆表面的加热电阻温度 上升，当温度上升至记忆合金的开始变相温度时，由于记忆合金杆中的奥氏体含量增加而马 氏体含量减少，记忆合金杆向拉伸前的长度恢复，长度缩短，对套筒两端起到了挤压作用， 套筒中部切割成条状的筒壁收到挤压，发生弯曲，四周的筒壁向外弯曲将外表面的横向的齿 文挤压至周围岩石中，形成机械锚固，在锚固力达到设计标准时，此时可以断电并安装托盘 螺母。锚固力的大小与条状筒壁弯曲程度挤压周围岩石的作用大小有关，通过调节记忆合金 杆的形状恢复程度可以改变锚固力的大小。当自动锚固装置和围岩之间的锚固力发生下降时， 可以再次向自动锚固装置内通入电流，使得套筒中部外壁对围岩的挤压力增加，从而维持锚 固力的恒定。

本发明的有益效果为：

本发明提供的自动锚固装置，可以自动根据钻孔的围岩的变形以及岩石的力学性质智能 调整套筒中部隆起部位对岩石钻孔作用力的大小，从而保持锚固力不会减小，充分发挥了记 忆合金的形状记忆效应和自感知特性使得锚固支护保持稳定。而且结构简单可靠，成本较低， 在岩土工程领域有较广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的工作状态示意图。

图2为本发明的切剖示意图。

图3为本发明的前视图。