一種增阻變形錨桿/錨索錨固質量監測裝置及其應用方法，該裝置包括增阻變形錨桿/錨索、位移測量單元、數據采集設備、信息傳輸裝置和中央處理系統；通過安裝在各個錨桿/錨索上的位移測量單元測得桿體(索體)在工作過程中發生的位移，通過數據采集設備和信息傳輸裝置將數據匯總傳送到中央處理系統，中央處理系統根據錨桿/錨索自身的拉力-位移曲線可將傳輸來的位移數據轉化為錨桿/錨索的拉拔力數據。本裝置可以同時監測并提供錨桿/錨索的錨固力和圍巖位移，及時發現失效錨桿/錨索并預測圍巖坍塌破壞，有效防止安全事故的發生，大大降低監測成本。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及巖土工程錨固領域，尤其涉及錨桿/錨索錨固質量監測裝置及其應用方法。
技術介紹
隨著大規模巖土工程建設的深入發展，面臨的地質條件越來越復雜，圍巖經常表現出大變形的特點。當圍巖變形量較大，超過錨桿/錨索所能夠承受的范圍時，將導致錨桿/錨索失效破壞，進而造成地下工程失穩破壞事故。針對這種情況，申請者開發出相應的增阻變形錨桿/錨索(201110368935. I、201110368805. 8)以適應這些情況。上述專利產品在應用過程中發現以下問題為了掌握 圍巖的穩定性以及錨固體系的可靠性，需要長期監測錨桿/錨索的錨固質量(包括錨固力和圍巖位移)，目前沒有相應的設備可以同時監測上述兩個變量，而專門檢測設備的成本較高，且存在各種弊端。在我國一般通過拉拔試驗法或應力波反射法檢測錨桿錨固力。拉拔試驗方法多停留在用千斤頂進行機械破損性拉拔試驗階段，檢測過程會對錨桿產生損害，而且拉拔實驗中錨桿的受力情況與錨桿在巖體中自然受力狀態有很大差別，此方法不能反映錨桿工作過程中真正受力狀態。用應力波反射法檢測錨桿錨固質量時，應力波能量在該系統中的衰減非常快，很難看到底端的反射信號，而且容易受到諸多因素的影響，如錨桿外露段長度、砂漿強度、巖石節理的分布等，這就使得測得的信號含有許多干擾成分，從而很難根據實測的信號對錨桿的錨固質量給出一個準確的評價。另外，以上兩種方法都不能反映錨桿/錨索隨圍巖發生的位移，而用于檢測圍巖位移的多點位移計，每個測點成本達到幾千元，不適合大范圍進行圍巖位移的測量。對于安全級別要求較高的大型工程，需要長期監控錨桿/錨索錨固質量，以及時發現失效錨桿/錨索，防止可能出現的危險，并采取更換或相應維護措施。這些測量工作會耗費大量的人力物力進行現場測量和數據處理，而且由于個人之間的測量差別可能導致測量誤差。另外，這種測量不能針對隨時可能發生的緊急情況進行主動測量和預報。
技術實現思路
針對上述情況，本專利技術提出一種，此監測裝置耦合在支護設備中，通過較低的成本即可實現對錨桿/錨索錨固力和圍巖位移的適時監測。其技術解決方案是一種增阻變形錨桿/錨索錨固質量監測裝置，其特征在于包括增阻變形錨桿/錨索、位移測量單元、數據采集設備、信息傳輸裝置和中央處理系統。所述增阻變形錨桿/錨索包括摩擦套管、可縮性構件、桿體(鋼絞線)、托盤、螺母和外端蓋。所述摩擦套管，為筒形厚壁鋼管，內徑從一端到另一端逐漸變小；所述可縮性構件，為帶軸向缺口的鋼管，嵌套在摩擦套管內，可縮性構件的外徑從構件的一端到另一端逐漸變小，可縮性構件的外壁與摩擦套管的內壁保持接觸，受拉力時與摩擦套管發生相對滑動，同時缺口被壓縮，阻力隨之增大。在圍巖發生大變形時可以受拉伸長而本身不發生破壞，并且能連續增加工作阻力，在此過程中還可以不斷地吸收圍巖變形能量。應用于本專利技術時應在外端蓋處預留導線孔，以便于位移測量單元引線導出。所述位移測量單元，預先安裝在增阻變形錨桿/錨索套管內部，固定在套管內壁上，并與桿體(索體)相連接，用以測量桿體(索體)與套管相對位移。位移測量單元的一種優選方式為采用位置傳感器(LVDT)。針對不同的測量范圍，位移測量單元可以有多個，構成一個測量群，以檢測錨桿/錨索群的錨固質量。所述數據采集設備，包括數據采集接口、信號轉換單元、數據存儲單元和數據輸出單元，與至少一個位移測量單元相連，收集位移測量單元測得的桿體位移數據，并傳送桿體位移數據。針對不同的測量范圍，數據采集設備可以有一個或多個。所述信息傳輸裝置，用于數據采集裝置和中央處理系統之間的數據傳輸，本裝置除了采用數據傳導線外，另一種優選方案為通過無線的方式進行數據傳輸。所述中央處理系統，包括數據接收單元、數據存儲單元、數據處理單元、數據輸出單元、屏幕顯示單元和警報提示單元，數據處理單元將數據采集設備傳送的桿體位移數據進行匯總處理，將終端測得的桿體位移數據轉化為錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移數據，并輸出到顯示器，在錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移數據出現異常時，輸出報警信號。作為一種優選方式，增阻變形錨桿/錨索的群質量及圍巖位移監測裝置還包括現場處理設備，具備所述中央處理系統的配置及功能，將其設置在工程現場，適時觀察監測結 果，以便發現問題并及時進行處理。本專利技術的應用方法是①針對某一特定型號的增阻變形錨桿/錨索作拉拔試驗，得到其拉力-位移曲線，并將其對應的數值關系輸入到中央處理系統中；②將位移測量單元預裝到增阻變形錨桿/錨索的摩擦套管中，固定在套管內壁上，并與桿體(索體)相連接；③安裝增阻變形錨桿/錨索以及檢測系統的其他各裝置，經過基本調試后開始進行錨固質量的監測工作。本裝置的工作原理如下通過安裝在各個錨桿/錨索上的位移測量單元，測得桿體在工作工程中相對摩擦套管發生的位移(即兩者之間的機械滑動)，通過數據采集設備將位移數據匯總儲存，然后通過信息傳輸裝置將數據傳送到中央處理系統。中央處理系統根據錨桿/錨索的性質，可將傳輸來的位移數據轉化為錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移數據，并根據拉拔力和圍巖位移情況可綜合分析錨桿/錨索的錨固質量。當監測數據發生異常(如拉拔力急劇降低或升高、圍巖位移量過大、位移變化速度過快)的時候適時發出報警。將桿體與套管相對位移數據轉化為錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移數據的方法如下針對任意特定型號的增阻變形錨桿/錨索，桿體與套管相對位移和錨桿/錨索受到的拉力之間具有一一對應的關系，通過拉拔試驗標定可以得到二者對應的拉力-位移曲線。通過此曲線此可以由增阻變形錨桿/錨索位移求得其錨固力，其中桿體位移數據可近似作為圍巖位移數據，由此評估錨固質量。本裝置的有益效果如下本專利技術將錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移監測兩類裝置耦合到支護設備中，通過較低的成本即可同時實現對圍巖位移和錨桿/錨索錨固力的適時監測。根據測量數據監控分析錨固質量，及時發現失效錨桿/錨索，在緊急情況下提醒管理者錨固體系和圍巖狀態，以及時采取處理措施，有效防止安全事故的發生，適合于水利水電工程、邊坡工程、礦山工程等領域對圍巖及錨固裝置監測的需求，可大大降低監測成本。附圖說明下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步說明 圖I為本專利技術技術原理示意圖；圖2為本專利技術所述增阻變形錨索剖面結構示意圖；圖3為圖2方式中可縮性構件的主視結構原理示意圖；圖4為圖3方式的左視結構原理示意圖；圖5為圖2的A-A截面示意圖；圖6為通過室內試驗標定的某一類型號錨桿拉力-位移曲線；圖7為數據采集單元配置圖；圖8為中央處理系統配置圖。具體實施例方式如圖I所示，為根據本專利技術的一個優選實施例。根據本專利技術，一種增阻變形錨桿/錨索錨固質量監測裝置包括增阻變形錨桿/錨索1，用于支護圍巖；位移測量單元2，用于測量桿體位移數據；數據采集設備3，用于采集和存儲數據；信息傳輸裝置4，用于裝置間數據交換；中央處理系統5，用于數據分析和輸出結果。結合圖2至圖5，所述增阻變形錨桿/錨索，包括摩擦套管101、可縮性構件102、鋼絞線(桿體)103、托盤104、螺母105和外端蓋106。所述摩擦套管，為筒形厚壁鋼管，內徑從一端到另一端逐漸變小；所述可縮性構件，為帶軸向缺口 107的鋼管，嵌套在摩擦套管內，可縮性構件的外徑從構件的一端到另一端逐漸變小，其外壁與摩擦套管的內壁保持接觸，受拉力時與本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種增阻變形錨桿/錨索錨固質量監測裝置，其特征在于：包括增阻變形錨桿/錨索、位移測量單元、數據采集設備、信息傳輸裝置和中央處理系統；所述增阻變形錨桿/錨索，包括：摩擦套管、可縮性構件、鋼絞線(桿體)、托盤、螺母和外端蓋；所述摩擦套管，為筒形厚壁鋼管，內徑從一端到另一端逐漸變小；所述可縮性構件，為帶軸向缺口的鋼管，嵌套在摩擦套管內，其外徑從構件的一端到另一端逐漸變小，可縮性構件的外壁與摩擦套管的內壁保持接觸；摩擦套管延伸至錨孔外側，為開敞式結構，與外端蓋通過螺紋連接，外端蓋處預留導線孔；所述位移測量單元，預先安裝在增阻變形錨桿/錨索套管內部，固定在套管內壁上，并與桿體相連接，位移測量單元的一種優選方式為采用位置傳感器(LVDT)，針對不同的測量范圍，位移測量單元可以有多個，構成一個測量群；所述數據采集設備，包括數據采集接口、信號轉換單元、數據存儲單元和數據輸出單元，數據采集設備與至少一個位移測量單元相連，針對不同的測量范圍，數據采集設備可以有一個或多個；所述信息傳輸裝置，用與數據采集裝置和中央處理系統之間的數據傳輸，本裝置除了采用數據傳導線外，另一種優選方案為通過無線的方式進行數據傳輸；所述中央處理系統，包括數據接收單元、數據存儲單元、數據處理單元、數據輸出單元、屏幕顯示單元和警報提示單元，數據處理單元根據拉力？位移曲線，將終端測得的桿體位移數據轉化為錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移數據，并輸出到顯示器，在錨桿/錨索的拉拔力和圍巖位移數據出現異常時，輸出報警信號。...
【技術特征摘要】
1.一種增阻變形錨桿/錨索錨固質量監測裝置，其特征在于包括增阻變形錨桿/錨索、位移測量單元、數據采集設備、信息傳輸裝置和中央處理系統； 所述增阻變形錨桿/錨索，包括摩擦套管、可縮性構件、鋼絞線(桿體)、托盤、螺母和外端蓋；所述摩擦套管，為筒形厚壁鋼管，內徑從一端到另一端逐漸變小；所述可縮性構件，為帶軸向缺口的鋼管，嵌套在摩擦套管內，其外徑從構件的一端到另一端逐漸變小，可縮性構件的外壁與摩擦套管的內壁保持接觸；摩擦套管延伸至錨孔外側，為開敞式結構，與外端蓋通過螺紋連接，外端蓋處預留導線孔； 所述位移測量單元，預先安裝在增阻變形錨桿/錨索套管內部，固定在套管內壁上，并與桿體相連接，位移測量單元的一種優選方式為采用位置傳感器(LVDT)，針對不同的測量范圍，位移測量單元可以有多個，構成一個測量群； 所述數據采集設備，包括數據采集接口、信號轉換單元、數據存儲單元和數據輸出單元，數據采集設備與至少一個位移測量單元相連，針對不同的測量范圍，數據采集設備可以有一個或多個； 所述信息傳輸裝置，用與數...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王剛，吳學震，蔣宇靜，楊勇，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：
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