一种适用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构转让专利
申请号 : CN202010832176.9
文献号 : CN111945752B
文献日 : 2021-04-20
发明人 : 鲁立 , 林宇亮 , 杨果林 , 徐永福 , 刘项
申请人 : 中南大学 , 上海交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构,其特征在于,包括防水土工膜(1)、排水槽(3)、框架梁(4)、锚杆(5)和自适应变形控制模块(6),所述防水土工膜(1)铺设在膨胀土边坡(2)的坡面和坡顶上,所述膨胀土边坡(2)的坡顶未铺设防水土工膜(1)的区域和坡脚均开设有排水槽(3);所述框架梁(4)设置于膨胀土边坡(2)的坡面的防水土工膜(1)上,所述框架梁(4)的多个横梁和多个纵梁相互交叉设置形成多个呈矩形状的格构;
所述横梁和纵梁的所有交点处各设有至少一个锚杆(5);所述框架梁(4)的所有格构中各安装有一个自适应变形控制模块(6),所述自适应变形控制模块(6)包括可拆卸地固定于框架梁(4)上的挡板(6.1)和适配设置于相应格构内防水土工膜(1)上的气腔(6.2),所述气腔的左壁即其远离防水土工膜(1)的壁面上设有与气腔(6.2)连通的多根导气管(6.3)和用于向气腔(6.2)加气或者抽气的气阀(6.6),每根所述导气管内均设有将其内腔分隔成左右两个密闭气室的刚性连接块(6.4),所有刚性连接块(6.4)与挡板(6.1)之间均设有高强弹簧(6.5),所述高强弹簧(6.5)一端固定在挡板(6.1)上、另一端固定连接在刚性连接块(6.4)上;多根导气管(6.3)远离气腔(6.2)一侧的气室之间通过连接管(6.8)相互连通,以使各高强弹簧(6.5)变形相同,降低挡板(6.1)所受最大弹簧弹力,有效避免挡板(6.1)因弹力过大而被破坏;所述气腔(6.2)和多根导气管(6.3)内均填充有高压惰性气体,以使气腔(6.2)的右壁即其靠近防水土工膜(1)的壁面能够始终与防水土工膜(1)表面紧贴设置,且在初始状态下刚性连接块(6.4)两侧的气压相等;所述刚性连接块(6.4)在左右气体压力差作用下或高强弹簧(6.5)的弹力作用下可沿导气管(6.3)的轴向方向移动,从而达到控制膨胀土变形的效果。
2.根据权利要求1所述的框锚支护结构,其特征在于,所述膨胀土边坡(2)膨胀土的膨胀力为100~200kPa;所述气腔(6.2)和多根导气管(6.3)内所填充的惰性气体的气压为200~300kPa;所述惰性气体为氦气。
3.根据权利要求1所述的框锚支护结构,其特征在于,所述气腔(6.2)的右壁由可任意变形的高强材料制成,所述气腔的侧壁和左壁均采用不可变形的高强材料制成,使得气腔(6.2)在受膨胀土边坡(2)变形挤压时其内部的气体只于导气管(6.3)内流动。
4.根据权利要求1所述的框锚支护结构,其特征在于,所述导气管(6.3)的管壁由不可变形的高强材料制成;所述刚性连接块(6.4)与所述导气管(6.3)的内壁密封接触并能沿所述导气管轴向移动。
5.根据权利要求1所述的框锚支护结构,其特征在于,所述导气管(6.3)与气腔之间、所述导气管(6.3)与所述连接管(6.8)之间以及所述导气管(6.3)的末端与导气管(6.3)的侧壁之间均采用圆弧过渡连接。
6.根据权利要求1所述的框锚支护结构,其特征在于,所述框架梁(4)和挡板(6.1)均为混凝土结构,所述刚性连接块(6.4)为周边设有密封圈的钢块体。
7.根据权利要求1所述的框锚支护结构,其特征在于,所述气腔的左壁面和右壁面平行,即气腔整体呈扁平长方体结构,多根导气管(6.3)的长度方向均设置为与气腔的左壁面和右壁面垂直。
说明书 :
一种适用于膨胀土边坡自适应变形控制的框锚支护结构
技术领域
背景技术
低。膨胀土在实际工程中是一种危害性极高的特殊土,膨胀土边坡失稳问题也引起了工程
界的高度重视。对于膨胀土边坡,传统的锚杆框架梁支护结构并不能很好地保持其稳定性,
尤其是其格构间裸露的膨胀土易产生较大的胀缩变形使得膨胀土边坡易发生浅层破坏或
脱离框锚支护结构从而破坏框锚结构使得边坡失稳。鉴于此问题,专利号为
201611081583.0的中国发明专利公开了一种膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构,包
括膨胀土路堑边坡,坡脚设置坡脚支挡结构,坡面设置土工膜防渗结构、加筋土坡面防护结
构和锚杆体系,坡顶设置坡顶反压防渗结构;该支护结构能一定程度上提高膨胀土边坡的
稳定性,但通过一段时间使用后会出现回填加筋土起拱开裂,时间一长边坡出现滑塌等问
题。
发明内容
结构的问题,有效保持膨胀土边坡稳定性。
在膨胀土边坡的坡面和坡顶上,所述膨胀土边坡的坡顶未铺设防水土工膜的区域和坡脚均
开设有排水槽;所述框架梁设置于膨胀土边坡的坡面的防水土工膜上,所述框架梁的多个
横梁和多个纵梁相互交叉设置形成多个呈矩形状的格构;所述横梁和纵梁的所有交点处各
设有至少一个锚杆;所述框架梁的所有格构中各安装有一个自适应变形控制模块,所述自
适应变形控制模块包括可拆卸地固定于框架梁上的挡板和适配设置于相应格构内防水土
工膜上的气腔,所述气腔的左壁即其远离防水土工膜的壁面上设有与气腔连通的多根导气
管和用于向气腔加气或者抽气的气阀,每根所述导气管内均设有将其内腔分隔成左右两个
密闭气室的刚性连接块,所有刚性连接块与挡板之间均设有高强弹簧,所述高强弹簧一端
固定在挡板上、另一端固定连接在刚性连接块上;多根导气管远离气腔一侧的气室之间通
过连接管相互连通,以使各高强弹簧变形相同,降低挡板所受最大弹簧弹力,有效避免挡板
因弹力过大而被破坏;所述气腔和多根导气管内均填充有高压惰性气体,以使气腔的右壁
即其靠近防水土工膜的壁面能够始终与防水土工膜表面紧贴设置,且在初始状态下刚性连
接块两侧的气压相等;所述刚性连接块在左右气体压力差作用下或高强弹簧的弹力作用下
可沿导气管的轴向方向移动,从而达到控制膨胀土变形的效果。
于导气管内流动。
相结合来适应膨胀土边坡任意形式的变形,当膨胀土边坡发生任意形式的变形时,气腔右
侧壁能紧紧贴住膨胀土边坡表面;气腔与高强弹簧通过导气管相连,当膨胀土发生胀缩变
形时气腔中的惰性气体推动弹簧发生变形,从而达到控制膨胀土变形的效果;导气管和惰
性气体将膨胀土边坡任意形式的变形转化为直线变形,与高强弹簧只能发生线性变形的特
征相契合;由于采用的是高压的惰性气体,在高强弹簧弹性势能的作用下刚性连接块重新
达到平衡时气腔右侧表面依然能紧紧贴住膨胀土边坡表面,不会产生间隙。本发明能有效
抑制膨胀土边坡变形,避免传统框锚结构支护下的膨胀土边坡出现浅层滑裂面以及脱离框
锚支护结构的问题,提高了边坡锚杆框架梁支护的膨胀土边坡的稳定性。
适应变形控制模块能周期性的长久使用。
附图说明
6.7‑螺钉,6.8‑连接管。
具体实施方式
设置的纵梁,多根横梁和多根纵梁相互交叉设置形成多个呈矩形状的格构;框架梁4设置于
膨胀土边坡2的坡面的防水土工膜1之上,并通过锚杆5固定于膨胀土边坡后基岩上;横梁和
纵梁的所有交点处各设有至少一个锚杆5。框架梁4为混凝土结构,锚杆5为一端连接于框架
梁1的交点处、另一端锚固于膨胀土边坡2后基岩中的钢筋。
挡板6.1通过螺钉6.7可拆卸地固定于框架梁4上,气腔6.2设置于相应格构内且其四周壁与
格构内壁相接触,气腔的左壁即其远离防水土工膜的壁面上设有与气腔6.2连通的多根导
气管6.3和用于向气腔6.2加气或者抽气的气阀6.6,每根导气管内均设有将其内腔分隔成
左右两个密闭气室的刚性连接块6.4,所有刚性连接块与挡板之间均设有一个高强弹簧
6.5,高强弹簧一端固定在挡板上、另一端固定连接在刚性连接块上;也就是说,高强弹簧与
刚性连接块相连的一端要从导气管的末端插入导气管内部,且高强弹簧还要实现与导气管
的末端密封滑动连接。气腔和多根导气管内均填充有高压惰性气体,且在初始状态下刚性
连接块6.4两侧的气压相等;刚性连接块6.4在左右气体压力差作用下或高强弹簧6.5的弹
力作用下可沿导气管6.3的轴向方向移动。多根导气管6.3远离气腔6.2一侧的气室之间通
过连接管相互连通,从而控制各高强弹簧6.5变形相同,降低挡板6.1所受最大弹簧弹力,有
效避免挡板因弹簧弹力过大而被破坏。挡板6.1通过螺钉6.7可拆卸地固定于框架梁4上,采
用装配式的自适应变形控制模块,将框锚支护结构作为反力装置,有效抵抗膨胀土边坡的
胀缩变形,并且装配式结构便于拆卸维修以及更换安装。
腔6.2和多根导气管6.3内所填充的惰性气体的气压为200~300kPa,惰性气体为氦气。
土边坡表面。气腔的侧壁和左壁均采用不可变形的高强材料制成,使得气腔内气体只于导
气管内流动。可任意变形的高强材料可以用延展性、韧性好的高强塑料,例如高强pvc膜;不
可变形的高强材料可以用钢、铁等金属,也可以用例如PEEK等强度高的工程塑料。
边设有密封圈的钢块体。该结构采用填充高压惰性气体的气腔来适应膨胀土边坡任意形式
的变形,当膨胀土边坡发生任意形式的变形时,气腔内的气体于导气管内发生流动,从而带
动高强弹簧压缩或拉伸产生弹性抗力,从而增强框锚结构对于膨胀土边坡的支护性能,保
持膨胀土边坡稳定性。
而破坏和漏气。并且上述圆弧过渡结构均采用不可变形的高强塑料材料。
连接块右侧的气压发生变化。刚性连接块两侧气压不平衡导致气腔内的气体于导气管内发
生流动,从而带动高强弹簧压缩或拉伸。其后在弹性势能的作用下刚性连接块重新达到平
衡,气腔右壁依然能紧紧贴住膨胀土边坡表面,不会产生间隙。
式将刚性连接块左右的气压调节平衡,使得高强弹簧处于原始位置从而使得该自适应变形
控制模块能多次重复长久使用。
左壁面和右壁面不平行,只要右壁面紧贴在边坡表面上的,导气管垂直于膨胀土边坡的坡
面即可。
胀土边坡的支护性能,有效抑制膨胀土边坡变形,避免传统框锚结构支护下的膨胀土边坡
出现浅层滑裂面以及脱离框锚支护结构的问题,保持膨胀土边坡稳定性。本发明采用填充
高压惰性气体的气腔来适应膨胀土边坡任意形式的变形,当膨胀土边坡发生任意形式的变
形时,气腔右壁能紧紧贴住膨胀土边坡表面;导气管和惰性气体将膨胀土边坡任意形式的
变形转化为直线变形,与高强弹簧只能发生线性变形的特征相契合;其后在高强弹簧弹性
势能的作用下刚性连接块重新达到平衡,由于采用的是大于标准大气压的高压惰性气体,
高强弹簧复位后气腔右壁依然能紧紧贴住膨胀土边坡表面,不会产生空隙;通过气阀向气
腔加气或者抽气的方式将刚性连接块两侧的气压调节平衡,使得高强弹簧处于原始位置从
而使得该支护结构能长久使用;多根导气管远离气腔一侧的气室之间相互连通,从而使得
各高强弹簧的弹力相同,降低挡板所受最大弹簧弹力,有效避免挡板因弹簧弹力过大而破
坏;采用装配式的自适应变形控制模块,将框锚支护结构作为反力装置,有效抵抗膨胀土边
坡的胀缩变形,并且装配式结构便于拆卸维修以及更换安装。
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。