本發(fā)明涉及軟巖邊坡加固，特別是涉及一種自適應(yīng)軟巖邊坡錨桿支護(hù)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

1、軟巖邊坡工程在公路、鐵路、礦山以及城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛。然而，軟巖邊坡由于其較低的強度、較大的變形能力和易受外部干擾的特點，給工程穩(wěn)定性帶來了重大挑戰(zhàn)。為了保證軟巖邊坡的安全性和穩(wěn)定性，傳統(tǒng)錨桿支護(hù)技術(shù)一直被廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)錨桿因具有過高的剛度和有限的變形適應(yīng)能力，難以適應(yīng)軟巖邊坡的變形特征。當(dāng)邊坡的變形量超過錨桿的最大允許伸長量時，錨桿可能會斷裂，導(dǎo)致支護(hù)系統(tǒng)失效。這不僅降低了支護(hù)的有效性，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故。

2、盡管現(xiàn)有的可變形錨桿技術(shù)在緩解此類問題方面上有所改進(jìn)，但仍存在缺陷。專利cn202210220773.5提供了一種用于軟巖加固的內(nèi)錨式可伸縮錨桿，通過錨頭伸縮裝置實現(xiàn)可變形功能，同時擴(kuò)大錨頭，增加軟巖所受的圍壓，進(jìn)而獲取較大錨固力加固軟巖；專利cn202211060537.8提供了一種可監(jiān)測并調(diào)節(jié)膨脹土邊坡環(huán)境的自適應(yīng)錨桿，通過設(shè)置多級受力彈性體，在巖土體發(fā)生較大位移時逐級提高錨桿桿體的拉力從而限制膨脹土巖土體的位移，并借助設(shè)置的溫度濕度傳感器監(jiān)測邊坡環(huán)境；專利cn202210424005.1提供了一種自適應(yīng)讓壓錨桿裝置及施工方法，通過在錨頭設(shè)置讓壓裝置吸收沖擊力后發(fā)生壓縮變形實現(xiàn)讓壓位移；盡管這些上述技術(shù)在一定程度上提高了軟巖加固的效果，但它們的功能相對單一，難以同時實現(xiàn)自適應(yīng)控制與環(huán)境監(jiān)測預(yù)警的雙重目的。此外，傳統(tǒng)的軸力監(jiān)測手段，如油壓測力法、磁通量法及光纖光柵法等，由于其傳感元件容易受到環(huán)境因素的影響，長期使用后監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性會下降，不能保證長期有效的監(jiān)測效果，并且缺乏在服役期間自我調(diào)整和校正的能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例的目的在于提供一種自適應(yīng)軟巖邊坡錨桿支護(hù)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法，以克服了現(xiàn)有技術(shù)中功能單一、監(jiān)測不可靠及缺乏自適應(yīng)調(diào)整能力的缺陷，實現(xiàn)邊坡錨桿的自適應(yīng)控制及長效感知和監(jiān)測預(yù)警軟巖。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種自適應(yīng)軟巖邊坡錨桿支護(hù)系統(tǒng)，包括錨桿桿體、臺座組件及伸縮組件；

3、所述錨桿桿體包括兩端螺紋部及中段桿體光滑部；

4、所述臺座組件包括混凝土臺座，所述混凝土臺座包括空腔，所述空腔靠近外錨固端處開口，另一端設(shè)置通孔，通孔內(nèi)設(shè)置錨桿限位部，所述錨桿桿體伸入錨桿限位部且桿體光滑部與所述錨桿限位部滑動接觸；混凝土臺座靠近外錨固端處的表面設(shè)置鋼墊板，所述鋼墊板上設(shè)置蓋板以封閉空腔；混凝土臺座外設(shè)置隔離套筒固定于錨桿限位部上；

5、所述伸縮組件包括矩形套筒，通過內(nèi)部螺紋旋入錨桿桿體的螺紋部，矩形套筒上設(shè)置耐磨限位鋼板；

6、耐磨限位鋼板包括第一耐磨鋼板及第二耐磨鋼板，所述第一耐磨鋼板一端與矩形套筒鉸接，另一端通過第一壓縮彈簧組件與矩形套筒連接；第二耐磨鋼板一端鉸接于鋼墊板靠近空腔內(nèi)部邊緣，另一端通過第二壓縮彈簧組件于空腔內(nèi)壁連接。

7、所述空腔內(nèi)對稱設(shè)置兩組耐磨限位鋼板；所述第一耐磨鋼板及第二耐磨鋼板的之間平行接觸。

8、進(jìn)一步的，所述隔離套筒遠(yuǎn)離混凝土臺座的端部與錨桿桿體之間設(shè)置油封，且隔離套筒內(nèi)部填充潤滑油。

9、進(jìn)一步的，所述第一耐磨鋼板及第二耐磨鋼板長度厚度相同，所述第一耐磨鋼板包括第一鋼板摩擦面、第一鋼板背面；所述第二耐磨鋼板包括第二鋼板摩擦面、第二鋼板背面。

10、所述第一耐磨鋼板與第二耐磨鋼板接觸的一面分別為為第一鋼板摩擦面及第二鋼板摩擦面；所述第一耐磨鋼板與第二耐磨鋼板未接觸的一面為第一鋼板背面及第二鋼板背面。

11、所述第一鋼板摩擦面及第二鋼板摩擦面的表面進(jìn)行刻紋并噴涂耐磨涂層；第一耐磨鋼板、第二耐磨鋼板與第一壓縮彈簧組件、第二壓縮彈簧組件連接部位分別設(shè)有第一鋼板凹槽和第二鋼板凹槽；所述耐磨限位鋼板至少設(shè)置兩組且對稱于錨桿桿體設(shè)置。

12、進(jìn)一步的，所述第一壓縮彈簧組件和第二壓縮彈簧組件結(jié)構(gòu)材質(zhì)相同，均包括上下兩個彈簧限位板，所述彈簧限位板之間設(shè)置彈簧體，彈簧體內(nèi)設(shè)置活塞桿，上部彈簧限位板頂部還設(shè)置連接桿；連接桿上自上而下套設(shè)墊塊及橡膠彈性墊圈；所述第一壓縮彈簧組件或第二壓縮彈簧組件沿垂直于錨桿桿體方向且對稱于錨桿桿體中軸線設(shè)置，設(shè)置的數(shù)量為4的倍數(shù)。

13、進(jìn)一步的，所述墊塊頂面為斜面，與耐磨限位鋼板貼合，所述連接桿伸出墊塊嵌入第一鋼板凹槽或第二鋼板凹槽。

14、進(jìn)一步的，所述第一壓縮彈簧組件與矩形套筒之間或第二壓縮彈簧組件于空腔內(nèi)壁之間通過滑動鉸支座連接，所述滑動鉸支座與空腔內(nèi)壁或矩形套筒之間設(shè)置滑動軌道，所述滑動軌道方向與錨桿桿體方向相同，所述滑動鉸支座還包括限位構(gòu)件及連接構(gòu)件，所述限位構(gòu)件內(nèi)部通過鉸桿與連接構(gòu)件鉸接，所述連接構(gòu)件與第一壓縮彈簧組件或第二壓縮彈簧組件固定連接。

15、進(jìn)一步的，所述矩形套筒外壁上還設(shè)置傳感器單元，所述傳感器單元包括移傳感器和角度傳感器；所述傳感器單元通過傳感器底座固定于矩形套筒外壁頂部靠近第一壓縮彈簧組件處；所述傳感器底座為開放式長方體外殼結(jié)構(gòu)，包括一個對面和底面，所述對面對應(yīng)設(shè)置固定螺栓；所述傳感器底座通過所述固定螺栓夾緊固定傳感器單元。

16、一種自適應(yīng)軟巖邊坡錨桿支護(hù)系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，基于上述的自適應(yīng)軟巖邊坡錨桿支護(hù)系統(tǒng)，包括以下步驟：

17、s1、向錨桿桿體施加外部預(yù)應(yīng)力，使錨桿桿體受軸向拉力作用，同時記錄位移傳感器的數(shù)值，角度傳感器數(shù)值；

18、s2、對所述錨桿桿體、矩形套筒以及耐磨限位鋼板進(jìn)行受力分析，確定錨桿軸力、彈簧壓縮量、第一耐磨鋼板、錨桿桿體夾角以及摩擦系數(shù)關(guān)系；建立傳感器與角度傳感器的關(guān)系式；

19、s3、再次對錨桿桿體施加外部預(yù)應(yīng)力，對s1工作狀態(tài)下的錨桿桿體施加沿著錨桿軸向已知力，記錄此時傳感器單元數(shù)值，并結(jié)合s2得到的關(guān)系式確定摩擦系數(shù)、第一耐磨鋼板與錨桿桿體夾角和彈簧壓縮量的關(guān)系；

20、s4、拆卸傳感器單元并對其進(jìn)行校準(zhǔn)，若校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)無誤，將參數(shù)調(diào)整為拆卸前的原始參數(shù)，重新安裝回原位，若發(fā)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則更換成已校準(zhǔn)的新傳感器系統(tǒng)，同樣調(diào)整參數(shù)為原始狀態(tài)，然后安裝回原位。

21、進(jìn)一步的，所述s2中錨桿桿體受軸向拉力、彈簧壓縮量、第一耐磨鋼板、錨桿桿體夾角以及摩擦系數(shù)關(guān)系具體為：

22、;

23、傳感器與角度傳感器的關(guān)系式：

24、;

25、其中，表示施加后彈簧的壓縮量，表示施加后第一耐磨鋼板與所述錨桿桿體產(chǎn)生相對位移變化后的角度值，為耐磨鋼板的摩擦系數(shù)，為彈簧的勁度系數(shù)，為矩形套筒外壁上第一壓縮彈簧組件的個數(shù)，為所述第一耐磨鋼板與所述第二耐磨鋼板平行接觸的長度，為所述第一耐磨鋼板與所述第二耐磨鋼板的長度，為所述第一耐磨鋼板與所述第二耐磨鋼板的厚度，為所述混凝土臺座的空腔高度，為所述矩形套筒的高度。

26、進(jìn)一步的，所述s3中摩擦系數(shù)為：

27、;

28、第一耐磨鋼板與錨桿桿體夾角和彈簧壓縮量的關(guān)系：

29、;

30、其中，為施加后的彈簧壓縮量，為施加后第一耐磨鋼板與所述錨桿桿體產(chǎn)生相對位移變化后的角度值，為所述第一耐磨鋼板與所述第二耐磨鋼板平行接觸的長度，為所述第一耐磨鋼板與所述第二耐磨鋼板的長度。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括以下幾點：

32、本發(fā)明通過集成錨桿組件與臺座組件，構(gòu)建了一種具備適應(yīng)軟巖邊坡變形特性的加固系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在軟巖邊坡經(jīng)歷擴(kuò)展變形時，通過內(nèi)置的讓壓機(jī)制釋放應(yīng)力；而在邊坡收縮時，則不妨礙其自然回彈，從而實現(xiàn)對邊坡動態(tài)位移的有效響應(yīng)與持續(xù)加固。此外，該系統(tǒng)配備了實時軸力監(jiān)測預(yù)警功能，能夠精確捕捉錨固過程中產(chǎn)生的軸向力變化，為評估支護(hù)結(jié)構(gòu)效能及邊坡變形狀態(tài)提供了科學(xué)依據(jù)，顯著增強了軟巖邊坡的穩(wěn)定性，并為其支護(hù)工程提供了高效、安全且可靠的創(chuàng)新方案。

33、本發(fā)明進(jìn)一步采用了模塊化的傳感器單元來監(jiān)測錨桿軸力，避免了傳統(tǒng)智能錨桿需在桿體上嵌入應(yīng)變片或光纖傳感器所帶來的復(fù)雜安裝工序，既保護(hù)了錨桿的完整性和承載能力，又簡化了施工流程并減少了后期維護(hù)成本。借助自校準(zhǔn)技術(shù)，該傳感器單元能夠在整個服務(wù)周期內(nèi)維持高精度監(jiān)測水平，且在傳感器出現(xiàn)故障時可便捷替換，確保了錨桿軸力監(jiān)測的持久可靠性和工程項目的整體安全性。