本發(fā)明涉及地下洞室開挖、深埋隧道及隧洞等地下工程，具體涉及一種可檢測擾動地應(yīng)力的吸能讓壓錨桿裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、圍巖體是能量的載體，從能量的角度出發(fā)，若圍巖變形破壞過程中耗散的能量過大，則易發(fā)生軟巖大變形的潛在地災(zāi)，表現(xiàn)為圍巖體塑性變形破壞；若積聚的能量較大，則易發(fā)生巖爆、沖擊地壓等潛在地災(zāi)，表現(xiàn)為彈性能的突然釋放。深部環(huán)境受“三高一擾動”影響，使得工程地質(zhì)條件變得格外復(fù)雜，深部地下空間和深埋隧道圍巖結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜，高地應(yīng)力和復(fù)雜圍巖結(jié)構(gòu)對地災(zāi)的孕育機(jī)制對施工作業(yè)和安全高效生產(chǎn)造成巨大挑戰(zhàn)，是亟需解決的難點(diǎn)問題。

2、錨桿支護(hù)能夠充分發(fā)揮和提高圍巖體自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，顯著縮小結(jié)構(gòu)物體積和減輕結(jié)構(gòu)自重，進(jìn)而有效控制圍巖變形，目前已成為整個巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的加固手段之一。為解決深部軟巖大變形、巖爆等難題，就要求錨桿不僅能提供恒定的支護(hù)力，而且能產(chǎn)生較大的伸長變形以吸收調(diào)控圍巖耗散、釋放的能量，進(jìn)而滿足實(shí)際工程的要求。為滿足上述要求，常采用讓壓支護(hù)以確保錨桿不被拉斷，但在實(shí)際施工作業(yè)時發(fā)現(xiàn)了以下問題：

3、第一，因為錨桿屬于隱蔽支護(hù)，深入圍巖之中，故難以簡單有效地檢測到其預(yù)緊力大小，而錨桿預(yù)緊力對于支護(hù)效果的評估至關(guān)重要，無法準(zhǔn)確檢測預(yù)緊力將嚴(yán)重影響對錨桿工作狀態(tài)的判斷；

4、第二，能量是關(guān)于應(yīng)力的函數(shù)，深部環(huán)境受高地應(yīng)力和爆破、大孔徑鉆孔等擾動影響，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中和能量集中，為沖擊地壓、巖爆等災(zāi)害孕育產(chǎn)生條件，因此要準(zhǔn)確監(jiān)測應(yīng)力場和溫度場，現(xiàn)有方法一般采用將地應(yīng)力檢測儀器用水泥漿液封存的方法檢測地應(yīng)力，但其工序復(fù)雜且在取出時困難較大；

5、第三，錨桿支護(hù)受爆破、掘進(jìn)、地震等動載作用時會產(chǎn)生動力響應(yīng)，但目前大多停留在試驗和理論分析階段，在工程中關(guān)于錨桿動力響應(yīng)特性監(jiān)測較為困難，這便制約了支護(hù)監(jiān)測手段的發(fā)展。

6、因此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種可檢測擾動地應(yīng)力的吸能讓壓錨桿裝置及其使用方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中錨桿預(yù)緊力檢測困難、應(yīng)力場與溫度場監(jiān)測不便以及錨桿動力響應(yīng)監(jiān)測不足的問題。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地監(jiān)測錨桿的工作狀態(tài)以及圍巖的應(yīng)力場和溫度場變化，有效吸收和調(diào)控圍巖的能量，提高巖土工程支護(hù)的可靠性和安全性。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種可檢測擾動地應(yīng)力的吸能讓壓錨桿裝置，其包括錨桿主體，所述錨桿主體從上至下依次設(shè)置有軸力檢測機(jī)構(gòu)、讓壓機(jī)構(gòu)、錨固機(jī)構(gòu)，所述錨桿主體的端部設(shè)置有地應(yīng)力檢測儀器和溫度傳感器，

4、所述軸力檢測機(jī)構(gòu)包括液體缸，所述液體缸的一端設(shè)有升降活塞，另一端設(shè)置有擋板，所述錨桿主體的上段從所述升降活塞、所述擋板穿過，所述錨桿主體的上段設(shè)置有與所述升降活塞抵接的防滑絲螺母，

5、所述讓壓機(jī)構(gòu)包括與所述錨桿主體下段連接的環(huán)形缸體，所述錨桿主體中段設(shè)置有位于所述環(huán)形缸體內(nèi)的端板，所述環(huán)形缸體內(nèi)填充有被所述端板擠壓的彈塑性件，

6、所述錨固機(jī)構(gòu)包括與所述錨桿主體下段螺紋連接的法蘭套筒，所述法蘭套筒的兩端設(shè)置有密封法蘭，所述密封法蘭之間填充有錨固注漿。

7、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述所述錨桿主體內(nèi)部開設(shè)走線孔一，所述地應(yīng)力檢測儀器和所述溫度傳感器連接有導(dǎo)線一，所述導(dǎo)線一通過所述走線孔一延伸出后連接有綜合數(shù)據(jù)處理器，所述綜合數(shù)據(jù)處理器連接有計算機(jī)。

8、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述所述軸力檢測機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置于所述液體缸內(nèi)的壓強(qiáng)傳感器，所述壓強(qiáng)傳感器連接有導(dǎo)線二，所述導(dǎo)線二與所述綜合數(shù)據(jù)處理器連接。

9、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述所述升降活塞側(cè)面設(shè)置有弧形凸起，所述液體缸內(nèi)設(shè)置有與所述弧形凸起適配的弧形滑槽。

10、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述所述密封法蘭的外側(cè)設(shè)置有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有環(huán)形薄膜，所述環(huán)形薄膜內(nèi)設(shè)置有膨脹劑。

11、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述還包括伸入所述密封法蘭之間的注漿管，所述注漿管向所述密封法蘭之間注入所述錨固注漿。

12、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述還包括封存所述地應(yīng)力檢測儀器和所述溫度傳感器的膠凝材料。

13、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述所述膠凝材料配置為水溶性材料和可膨脹性材料。

14、第二方面，本發(fā)明還提供一種使用方法，其特征在于采用可檢測擾動地應(yīng)力的吸能讓壓錨桿裝置，還包以下方法，

15、安裝可檢測擾動地應(yīng)力的吸能讓壓錨桿裝置時，通過防滑絲螺母擠壓升降活塞，此時壓強(qiáng)傳感器將監(jiān)測到的模擬信號通過導(dǎo)線二傳入綜合數(shù)據(jù)處理器，綜合數(shù)據(jù)處理器通過導(dǎo)線傳入計算機(jī)，計算機(jī)通過相關(guān)算法計算預(yù)緊力，

16、當(dāng)圍巖發(fā)生大變形時能量會大幅耗散，在錨桿主體的拉動下讓壓機(jī)構(gòu)中的端板會擠壓彈塑性件，以此產(chǎn)生恒定的阻力和相對滑移來吸收圍巖耗散的部分能量，

17、當(dāng)受爆破、掘進(jìn)、大尺寸鉆孔等動力影響時，圍巖中的應(yīng)力場會產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而影響錨桿主體，應(yīng)力場響應(yīng)通過地應(yīng)力檢測儀器實(shí)時監(jiān)測并記錄信號，振動響應(yīng)通過壓強(qiáng)傳感器實(shí)時監(jiān)測并記錄信號。

18、進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，上述壓強(qiáng)傳感器和地應(yīng)力檢測儀器監(jiān)測到的信號變化即為響應(yīng)曲線，綜合數(shù)據(jù)處理器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并通過導(dǎo)線傳入計算機(jī)，計算機(jī)通過相關(guān)軟件對信號進(jìn)行采樣處理，最后通過算法分析、數(shù)據(jù)濾波、圖像處理繪制可檢測擾動地應(yīng)力的吸能讓壓錨桿裝置軸力振動特性曲線和擾動下應(yīng)力場響應(yīng)曲線。

19、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

20、1.預(yù)緊力檢測：本發(fā)明通過軸力檢測機(jī)構(gòu)中的壓強(qiáng)傳感器，能夠有效地解決錨桿預(yù)緊力難以檢測的問題。在安裝過程中，通過防滑絲螺母擠壓升降活塞，升降活塞會作用于液體缸內(nèi)的液體，壓強(qiáng)傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測液體的壓強(qiáng)變化，并將信號傳輸至綜合數(shù)據(jù)處理器和計算機(jī)，準(zhǔn)確計算出錨桿的預(yù)緊力，從而能夠?qū)崟r掌握錨桿的初始工作狀態(tài)，為后續(xù)的支護(hù)效果評估提供重要依據(jù)。

21、2.吸能讓壓：讓壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計使得本發(fā)明在圍巖發(fā)生大變形時能夠吸收能量。當(dāng)圍巖大變形導(dǎo)致錨桿主體受力時，端板擠壓環(huán)形缸體內(nèi)的彈塑性件，彈塑性件產(chǎn)生的恒定阻力和相對滑移能夠有效地吸收圍巖耗散的能量，防止錨桿因受力過大而被拉斷，大大提高了錨桿的支護(hù)可靠性和圍巖的穩(wěn)定性，能夠更好地應(yīng)對深部工程中復(fù)雜的地質(zhì)條件和圍巖變形情況。

22、3.應(yīng)力場和溫度場監(jiān)測：本發(fā)明在錨桿主體端部設(shè)置了地應(yīng)力檢測儀器和溫度傳感器，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地監(jiān)測圍巖的應(yīng)力場和溫度場變化。與傳統(tǒng)的將地應(yīng)力檢測儀器用水泥漿液封存的方法相比，本發(fā)明的檢測系統(tǒng)具有工序簡單、便于維護(hù)和取出檢測儀器的優(yōu)點(diǎn)。地應(yīng)力檢測儀器和溫度傳感器將監(jiān)測到的信號通過導(dǎo)線傳輸至綜合數(shù)據(jù)處理器和計算機(jī)，經(jīng)過處理后能夠及時準(zhǔn)確地得到圍巖的應(yīng)力場和溫度場數(shù)據(jù)，為工程施工提供重要的決策依據(jù)，有助于預(yù)防巖爆、沖擊地壓等災(zāi)害的發(fā)生。

23、4.動力響應(yīng)監(jiān)測：本發(fā)明通過壓強(qiáng)傳感器對錨桿受動載作用時的動力響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測，彌補(bǔ)了現(xiàn)有工程中錨桿動力響應(yīng)特性監(jiān)測困難的不足。當(dāng)錨桿受到爆破、掘進(jìn)、地震等動載作用時，壓強(qiáng)傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測到錨桿的振動響應(yīng)，并將信號傳輸至綜合數(shù)據(jù)處理器和計算機(jī)。結(jié)合地應(yīng)力檢測儀器對圍巖應(yīng)力場響應(yīng)的監(jiān)測，能夠全面地掌握錨桿在動載作用下的工作狀態(tài)，有助于深入研究錨桿在動載作用下的力學(xué)性能，為支護(hù)設(shè)計的優(yōu)化和改進(jìn)提供有力的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步提高巖土工程的安全性和可靠性。