一种边坡加固系统及其加固方法与流程

本发明涉及边坡加固技术领域，具体涉及了一种边坡加固系统及其加固方法。

背景技术：

在边坡抗震设计中，地震对边坡结构的作用主要在于附加地震力和位移两个方面，为了减小地震作用对边坡的影响，常采用锚杆支护系统对边坡进行加固。锚杆支护是岩土锚固工程中的一种加固构件，在锚杆支护中，一般采用钻孔，将钢筋一端插入岩体一定深度并往钻孔内注浆，注浆体与岩体粘结，另一端的端部通过紧固螺母锁定。经锚杆支护系统加固后，软弱、松动、不稳定的外层覆土岩体可依靠锚杆提供的拉力保持稳定。但是现有技术边坡加固系统中，在面对中强震作用时，让压锚杆自适应变形能力差；在受到较大的瞬时地震力时，锚杆构件容易遭到拉断破坏，使得边坡加固系统抗倾覆能力差，边坡面临失稳破坏的问题。

例如中国专利cn206752463u公开了一种锚杆抗震消能构造，该专利提供的锚杆属于受拉型结构，是将锚杆钢筋通过钢筋连接器与抗震消能构件连接，该抗震消能构件由连接为一体的前端钢筋、钢弹簧和锚头构成。在地震等动力荷载作用下，钢弹簧瞬时受拉发生变形，储存能量，减小动力荷载影响，同时释放一定的对岩土体的约束，使得岩土体处于主动状态，减小锚杆的拉力。初步确定用直径为32mm的锚杆作为研究对象，φ32锚杆屈服强度为500mpa，经计算可得锚杆最大拉力约为400kn，即消能构件工作荷载不能低于400kn。以400kn为消能构件设计荷载时，消能构件外径尺寸将达到3250mm，消能构件在施工过程中是安装在框架梁结点位置的，一般情况下边框梁结点位置的尺寸在300mm×300mm左右，消能结构件超过边框梁结点的尺寸范围，不仅使得整个锚杆的装置系统重量过大，不利于现场施工安装，并且当锚杆所受到的拉力大于弹簧工作极限载荷时，弹簧会失去弹性，处于塑性变形状态甚至会被拉断，不能很好地起到抗震消能的作用。尤其是钢筋连接点位置，一旦被拉断，将导致整个锚杆支护系统失效，造成的损失不可忽视。

在面对中强震作用时，让压锚杆自适应变形能力差，在受到较大的瞬时地震力时，锚杆构件容易遭到拉断破坏，使得边坡加固系统抗倾覆能力不足，边坡面临失稳破坏的问题。

因此，如何提供一种边坡加固系统，可以经受得住较大地震瞬时荷载的作用使得边坡更加稳固避免遭到破坏，具有十分重要的意义和巨大的商业应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术边坡加固系统技术存在让压锚具自适应大变形能力差、较大荷载作用下边坡抗倾覆能力差的问题，提供一种边坡加固系统及其加固方法，该边坡加固系统中让压锚具自适应大变形能力强，边坡加固系统可以经受得住较大地震瞬时荷载的作用，使得边坡更加稳固避免遭到破坏。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种边坡加固系统，包括浇筑于边坡上的成横纵相间网格状的框架梁，其特征在于，还包括设于贯穿所述框架梁上的若干个锚杆体，所述锚杆体一端穿设在边坡滑层并伸入到边坡基岩层的锚孔内，并在边坡基岩层的锚孔内注入水泥浆以将锚杆体与边坡基岩层进行固定连接；所述锚杆体的另一端伸出所述框架梁并连接减震装置，所述减震装置包括套设在所述锚杆体外侧的弹簧组件，所述弹簧组件顶部设有锚头，所述锚杆体和锚头外套设有固定在所述框架梁上的固定件；所述锚头与所述锚杆体活动连接，通过滑动所述锚头在所述锚杆体上的位置，能够调节所述弹簧组件伸缩量，进而调节所述锚杆体的预加锚固力。

本发明提供的边坡加固系统，主要包括框架梁、若干个穿过边坡滑层并伸入固定于边坡基岩层锚孔内的锚杆体及减震装置，在瞬时地震力作用下，边坡滑层产生下滑力，推动框架梁向垂直于边坡方向移动产生变形，此时，锚杆体上预加的锚固力可以抵消地震能量转化的边坡滑层变形能。当变形超过一定程度后，锚杆体是被固定连接在边坡基岩层的，套设在锚杆体上的弹簧组件根据受到的不同的振动荷载，可自适应调节弹簧组件的变形量将地震能量储存为弹性能量进行消能。地震作用消失后，弹性组件释放储存在内部的弹性势能阻止边坡滑层的进一步变形，对边坡坡面产生约束，从而可以保证边坡的边坡滑层在强烈地震作用下不会发生失稳破坏。锚杆体具有较强的自适应变形能力，抗震消能后锚杆构件不会轻易遭到破坏。

进一步的，所述弹簧组件包括若干个碟形弹簧，若干个所述碟形弹簧采用复合组合方式套穿于所述锚杆体，所述复合组合方式是指对合与叠合共有的组合方式。现有技术的消能锚杆常常存在设置可承受较大荷载时，装置系统的尺寸重量过大、占地面积过大、安装不便、使用安全性低等问题，采用复合组合是将对合与叠合两种形式相结合，不仅可以增加弹簧的承载能力，还可以增加弹簧的变形量。

进一步的，若干个所述碟形弹簧分为若干组叠合弹簧件依次套穿于所述锚杆体，相邻所述叠合弹簧件的朝向相反，所述叠合弹簧件是由1～4个所述碟形弹簧叠合而成的结构件。由于消能构件尺寸小的限制，很多大直径的碟形弹簧片不能使用，同时又需要满足消能构件承载力要求，这就需要在进行计算设计时，采用叠合对合相结合的组合的方式。然而在使用组合碟簧时，必须考虑摩擦力对碟簧刚度的影响。摩擦力与组合碟簧的组数、每个叠层的片数有关，也与碟簧表面质量和润滑情况有关。由于摩擦力的阻尼作用，叠合组合碟簧的刚性比理论计算值大，对合组合碟簧的各片变形量将依次递减。理论上，通过2片叠合，10组叠片对合的方式进行组合而成的消能构件，其刚度应该为5265n/mm。然而在进行刚度测量时，发现消能构件实际刚度为6170n/mm。在这种情况下，组合碟簧的片数不宜过多，应尽可能采用直径大、片数少的组合弹簧。

优选地，若干个所述碟形弹簧分为10组叠合弹簧件依次套穿于导向管，相邻所述叠合弹簧件的朝向相反，所述叠合弹簧件是由2个所述碟形弹簧叠合而成的结构件。

进一步的，所述固定件为保护外壳，所述保护外壳用于保护所述减震装置，所述保护外壳外部设置有混凝土块。在安装使用后，在保护外壳的外部覆盖有混凝土以固定保护外壳，同时将减震装置密封，避免减震装置受到外部环境破坏。

进一步的，所述锚头包括顶板和螺栓，所述顶板和所述螺栓依次穿过锚杆体，所述顶板与所述弹簧组件的顶部连接，通过松紧所述螺栓可用于所述顶板与所述锚杆体的活动连接。

进一步的，所述减震装置还包括底板，所述底板上设置有第一通孔，所述第一通孔的上方设置有中空结构件的导向管，所述导向管与所述第一通孔连通，所述导向管的一端与所述底板固定连接；所述导向管的外侧套设有弹性组件，所述顶板上设置有第二通孔，所述导向管的远离底板的一端从所述顶板的底部伸入所述第二通孔孔内；所述导向管的远离底板的一端的顶面与所述第二通孔的顶面设置有间隔，所述间隔用于提供所述导向管上下移动时的行程。底板和导向管的设置是提供一个限位结构可以保护弹簧发生塑性变形，避免减震器失效。

进一步的，所述顶板的所述第二通孔的顶部设置有挡体，所述挡体与靠近顶板的所述导向管的一端之间设置有间隔。

进一步的，所述导向管一端的外壁与所述底板的第一通孔的内壁连接。

进一步的，所述顶板的所述第二通孔的顶部设置有挡体，所述挡体与靠近顶板的所述导向管的一端之间设置有间隔。在第二通孔的顶部设置挡体可以使锚杆更方便的伸入减震装置中，避免锚杆在伸入第二通孔时与导向管进行碰撞，给安装带来一些不便，同时，这个限位结构可以保护弹簧发生塑性变形，避免减震器失效。

进一步的，所述顶板、所述底板外部设置有可拆卸连接的壳体，所述壳体用于将所述顶板、所述底板、所述顶板与所述底板之间的结构件进行固定成一体式结构件。

进一步的，所述壳体为套筒结构件，所述壳体的内壁设置有螺纹，所述底板的外壁设置有与所述壳体的内壁相适配的螺纹结构，所述壳体的顶部设置有有顶面，顶面的中部设置有贯通孔，所述贯通孔用于穿过锚杆，使用时，将所述壳体的底部从所述顶板向下套设在所述减震消能结构件上后，通过螺纹使得壳体与所述底板固定，同时，所述壳体的顶面内壁与所述顶板的顶面相抵。壳体的设置不仅可以将减震消能结构件进行固定，使得减震消能结构件成一体成型结构件，在安装减震消能结构件时可整体式穿过锚杆，而且，通过拧紧壳体，调整螺纹的位置，可以给顶板和底板之间设置一个预加力，使得碟形弹簧之间紧密接触。

进一步的，所述减震装置的可承受荷载为50kn～200kn。现有技术圆形螺旋弹簧在承受50kn以上的荷载时，圆形螺旋弹簧的尺寸会超出框架梁结点的尺寸范围，本发明提供的碟形弹簧可在框架梁结点尺寸范围内达到预设承受50kn以上的荷载，200kn以上的设计，碟形弹簧的成本就会过高，经济效益不大。

进一步的，所述减震装置的外径≤200mm。一般情况下，框架梁结点的尺寸在300mm×300mm左右，减震装置在安装在框架梁结点位置时，减震装置外径过大不仅使得占地面积过大，同时给安装带来不便。优选地，所述减震装置的外径≤150mm。

进一步的，若干个所述碟形弹簧的总的自由高度≤200mm。经过发明人大量的研究发现，弹簧总高度不仅影响着整个减震装置的体积、重量及成本的问题，还影响着安装的方便与否，碟形弹簧过高，造成减震装置过高，不便于后期混凝土的封闭过程的实施。

本发明的另一目的是为了提供一种上述边坡加固系统的加固方法。

一种边坡加固系统的加固方法，包括以下步骤：

步骤1、在边坡上钻锚孔，将所述锚杆体的一端伸入设置在锚孔内，向锚孔内浇筑水泥，然后搭设框架梁，所述锚杆体位于框架梁结点内，所述锚杆体的另一端伸出所述框架梁；

步骤2、依次将弹簧组件、锚头套设在所述锚杆体上，通过调节所述锚头在所述锚杆体上的位置，对锚杆系统进行紧固，使得调节所述锚杆体的预加锚固力为2t～3t；

步骤3、安装保护外壳；

步骤4、在保护外壳的外部支模浇筑密封混凝土块。

本发明提供了一种边坡加固系统的加固方法，操作简单，施工方便，安全使用性高。

进一步的，所述步骤2中，将所述底板的第一通孔依次穿过锚杆体远离锚孔的一端，然后依次将弹簧组件套设在导向管上，之后，将所述顶板穿过锚杆体远离锚孔的一端，通过滑动所述锚头在所述锚杆体上的位置，调节所述锚杆体的预加锚固力为2t～3t，并用锚头将锚杆体紧固在顶板的顶面上。

进一步的，所述步骤2中，将弹簧组件套、所述顶板设在导向管上，然后将壳体的底部依次套设所述顶板、弹簧组件，所述壳体的顶面与所述顶板相抵接，然后通过旋转壳体滑动壳体与所述底板的相对位置，调节顶板和底板之间的预加锚固力为2t～3t，然后将整体结构件从底板的第一通孔穿过锚杆体远离锚孔的一端，并用锚头将锚杆体紧固在顶板的顶面上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的边坡加固系统，主要包括框架梁、若干个穿过边坡滑层并伸入固定于边坡基岩层锚孔内的锚杆体及减震装置，在瞬时地震力作用下，边坡滑层产生下滑力，推动框架梁向垂直于边坡方向移动产生变形，此时，锚杆体上预加的锚固力可以抵消地震能量转化的边坡滑层变形能。当变形超过一定程度后，锚杆体是被固定连接在边坡基岩层的，套设在锚杆体上的弹簧组件根据受到的不同的振动荷载，可自适应调节弹簧组件的变形量将地震能量储存为弹性能量进行消能。地震作用消失后，弹性组件释放储存在内部的弹性势能从而能够阻止边坡滑层的进一步变形，对边坡坡面产生约束，从而可以保证边坡的边坡滑层在强烈地震作用下不会失稳破坏。锚杆体具有较强的自适应变形能力，抗震消能后锚杆构件不会轻易遭到破坏。

2.本发明使用的若干个碟形弹簧作为弹性元件，通过对碟形弹簧之间排列接触方式的设计，使得该减震装置可以承受较大荷载，且减震装置几何尺寸小、重量轻，大大减小了减震装置的占地面积，便于安装。

3.本发明提供了减震装置中，若干个碟形弹簧之间复合组合排列方式，使用这种排列方式，可以使得减震装置承受50kn～200kn的荷载，在减震器的作用下，锚杆伸长量平均减小了30％左右。减震装置几何尺寸控制在200mm以下，大大减小了整个减震装置的重量，降低了成本，减小了占地面积，便于安装。

附图说明

图1是本发明提供的边坡系统结构示意图。

图2是图1中a区域的局部放大图。

图3是浇筑于边坡上的成横纵相间网格状的框架梁的结构示意图。

图4是减震装置与锚杆体的剖视图。

图5是图1中顶板、底板及弹簧组件的剖视图。

图6是底板与导向管的剖视图。

图7是底板与导向管的剖视图。

图8是边坡产生滑移时加固系统发生变化的结构示意图。

图9是边坡产生滑移前后边坡锚固系统变化的结构示意图。

图10是实施例6中边坡计算模型剖面图。

图11是实施例6中锚杆轴力随时间变化曲线。

图标：1-框架梁；2-锚杆体；3-边坡滑层；4-边坡基岩层；5-碟形弹簧；6-保护外壳；7-混凝土块；8-顶板；81-第二通孔；9-螺栓；10-底板；101-第一通孔；102-导向管；1021-导向管通路；11-挡体；12-框架梁结点，13-壳体。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2及图3所示，一种边坡加固系统，包括浇筑于边坡上的成横纵相间网格状的框架梁1，还包括设于贯穿所述框架梁1上的若干个锚杆体2，所述锚杆体2的一端穿设在边坡滑层3并伸入到边坡基岩层4的锚孔内，并在边坡基岩层4的锚孔内注入水泥浆以将锚杆体2与边坡基岩层4进行固定连接。所述锚杆体2的另一端伸出所述框架梁1并连接减震装置，所述减震装置包括套设在所述锚杆体2外侧的弹簧组件，所述弹簧组件包括若干个碟形弹簧5，若干个所述碟形弹簧采用复合组合方式套穿于所述锚杆体2，所述复合组合方式是指对合与叠合共有的组合方式。若干个所述碟形弹簧5分为若干组叠合弹簧件依次套穿于所述锚杆体2，相邻所述叠合弹簧件的朝向相反，所述叠合弹簧件是由2个所述碟形弹簧叠合而成的结构件。

如图4和图5所示，所述弹簧组件顶部设有锚头，所述锚头包括顶板8和螺栓9，所述顶板8和所述螺栓9依次穿过锚杆体2，所述顶板8与所述弹簧组件的顶部连接，通过松紧所述螺栓9可用于所述顶板与所述锚杆体的活动连接，通过滑动所述锚头在所述锚杆体2上的位置，能够调节所述弹簧组件伸缩量，进而调节所述锚杆体2的预加锚固力。所述锚杆体2和锚头外套设有固定在所述框架梁1上的保护外壳6，所述保护外壳6用于保护所述减震装置，所述保护外壳6外部设置有混凝土块7。

优选地，所述减震装置还包括底板10，所述底板10上设置有第一通孔101，所述第一通孔101的上方设置有中空结构件的导向管102，所述导向管102与所述第一通孔101连通，所述导向管102的一端与所述底板10固定连接；所述导向管102的外侧套设有弹性组件，所述顶板8上设置有第二通孔81，所述导向管102的远离底板的一端从所述顶板8的底部伸入所述第二通孔81孔内；所述顶板的所述第二通孔81的顶部设置有挡体11，所述挡体11与靠近顶板8的所述导向管102的一端之间设置有间隔，所述导向管102的远离底板10的一端的顶面与所述第二通孔81的顶面设置有间隔，所述间隔用于提供所述导向管上下移动时的行程l。

更优选地，如图6所述，所述底板10上设置有第一通孔101，所述导向管102的一端的外壁与所述底板10的所述第一通孔101的内壁连接，所述导向管102与所述底板10成一体成型结构件。

更优选地，如图7所述，所述底板10上设置有第一通孔101，所述第一通孔101的上方设置有中空结构件的导向管102，所述导向管102与所述第一通孔101连通，所述导向管102的导向管通路1021的内径大于所述第一通孔101内径，所述第一通孔101的中心位已于所述导向管102的中线上，所述导向管102与所述底板10成一体成型结构件。

更优选地，如图1和图2所示，所述壳体13为套筒结构件，所述壳体13的内壁设置有螺纹，所述底板10的外壁设置有与所述壳体13的内壁相适配的螺纹结构，所述壳体13的顶部设置有有顶面，顶面的中部设置有贯通孔，所述贯通孔用于穿过锚杆，使用时，将所述壳体13的底部从所述顶板8向下套设在所述顶板8和所述底板10上后，通过螺纹使得壳体13与所述底板10固定，同时，所述壳体13的顶面内壁与所述顶板8的顶面相抵。壳体的设置不仅可以将减震消能结构件进行固定，使得减震消能结构件成一体成型结构件，在安装减震消能结构件时可整体式穿过锚杆，而且，通过拧紧壳体，调整螺纹的位置，可以给顶板和底板之间设置一个预加力，使得碟形弹簧之间有一个挤压力从而使得底板给边框梁一个推力，使得边坡更加稳固。

所述减震装置的可承受荷载为50kn～200kn；所述减震装置的外径d1≤200mm，所述减震装置的高度h1≤200mm。

如图8和图9所示，在瞬时地震力作用下，边坡滑层产生下滑力，推动框架梁向垂直于边坡方向移动产生变形加压力，锚杆体是被固定连接在边坡基岩层的，框架梁发生位移挤压底板，与底板连接的碟形弹簧压缩变形将地震能量储存为弹性能量进行消能。图8中虚线相应的表示边坡发生滑移前，边坡滑层、框架梁、底板、锚固块及保护外壳不发生移动前的位置，边坡发生滑移后，边坡基岩层、锚杆体、螺栓及顶板是固定不变的。图9中，左边图为边坡滑移前，右边为边坡滑移后，箭头方向指相应物体发生移动的方向。

之后碟形弹簧释放储存在内部的弹性势能从而能够阻止边坡滑层的进一步变形，对边坡坡面产生约束，从而可以保证边坡的边坡滑层在强烈地震作用下不会失稳破坏。锚杆体具有较强的自适应变形能力，抗震消能后锚杆构件不会轻易遭到破坏。

本发明提供的边坡加固系统，在瞬时地震力作用下，边坡滑层产生下滑力，推动框架梁向垂直于边坡方向移动产生变形加压力，此时，锚杆体上预加的锚固力可以抵消地震能量转化的边坡滑层变形能。当变形超过一定程度后，锚杆体是被固定连接在边坡基岩层的，套设在锚杆体上的弹簧组件根据受到的不同的承载力可自适应调节弹簧组件的变形量将地震能量储存为弹性能量进行消能，之后弹性组件释放储存在内部的弹性势能从而能够阻止边坡滑层的进一步变形，对边坡坡面产生约束，从而可以保证边坡的边坡滑层在强烈地震作用下不会失稳破坏。锚杆体具有较强的自适应变形能力，抗震消能后锚杆构件不会轻易遭到破坏。

根据以下公式1和公式2，选择减震装置可承受不同大小荷载作用对减震装置进行设计，所述碟形弹簧为60si2mna钢材质结构件，以复合的形式组合，叠合片数为2片，对合组数为10组。减震装置及碟形弹簧构件的参数如表1所示。

其中公式1为：单片碟形弹簧荷载计算公式

式中：p——单个弹簧的载荷，n；t——碟簧厚度，mm；d——碟形弹簧外径，mm；f——单片碟形弹簧的变形量，mm；h0——碟形弹簧压平时变形量的计算值，mm；e——弹性模量，mpa；μ——泊松比；k1、k4——计算系数。

公式2：复合型碟形弹簧荷载计算公式：pz＝np；fz＝if；hz＝i[h0+(n-1)t]。

表1碟形消能构件参数表

本发明使用的若干个碟形弹簧作为弹性元件，通过对碟形弹簧之间排列接触方式的设计，使得该减震装置可以承受较大荷载，且大大减小了设计尺寸重量，从而减小了减震装置的占地面积，便于安装。现有技术圆形螺旋弹簧在承受50kn以上的荷载时，圆形螺旋弹簧的尺寸会超出框架梁结点的尺寸范围，本发明提供的减震装置可在框架梁结点尺寸范围内达到预设承受50kn～200kn的荷载，碟形弹簧的成本就会过高，经济效益不大。

实施例2

一种实施例1所述的边坡加固系统的加固方法，包括以下步骤：

步骤1、在边坡上钻锚孔，将所述锚杆体2的一端伸入设置在锚孔内，向锚孔内浇筑水泥，然后搭设框架梁1，所述锚杆体2位于框架梁结点12内，所述锚杆体2的另一端伸出所述框架梁1；

步骤2、将弹簧组件套、所述顶板8设在导向管102上，然后将壳体13的底部依次套设所述顶板8、弹簧组件，所述壳体13的顶面与所述顶板8相抵接，然后通过旋转所述壳体13来滑动所述壳体13与所述底板10的相对位置，调节顶板8和底板10之间的预加锚固力为2t～3t，然后将整体结构件从底板10的第一通孔101穿过锚杆体2远离锚孔的一端，并用锚头将锚杆体2紧固在顶板8的顶面上。

步骤3、安装保护外壳6；

步骤4、在保护外壳6的外部制膜浇筑密封混凝土块7。

实施例3-5

实施例3-5相比实施例1改变了碟形弹簧的规格，并对减震器所能承受的荷载利用公式1和公式2进行了计算，碟形弹簧规格及荷载计算结构如表2所示。

表2碟形弹簧规格及荷载

从表2的数据可以看出，本发明提供的减震装置可承受荷载为50kn～200kn，不仅可以承受较大的荷载，且所述减震装置的外径可以控制在200mm以内，碟形弹簧的总高度控制在200mm以内。

对比例1

将实施例1中若干个碟形弹簧用圆柱螺旋结构弹性元件进行替换。

圆柱螺旋弹簧计算公式如表2所示。

表2计算公式

其中，nj：弹簧有效圈数，为了避免由于负荷偏小引起过大的附加力，同时为了保证稳定的刚度，一般不少于3圈，最少不少于2圈。对于本次弹簧计算，拟定有效圈数为2圈，即n＝2。

d：弹簧材料直径

d：弹簧中径

k：应力修正系数，一般初假定c。

以消能构件工作荷载为控制条件，进行螺旋压缩弹簧选型设计，确定了4种不同大小工作荷载的消能构件，其尺寸参数见表3。在设计荷载为150kn的消能构件时，为了将消能构件外径控制在300mm内，采用了组合弹簧的形式。组合弹簧是将两个或多个不同型号的弹簧，通过嵌套的方式组合在一起，形成一个新的、承载力更大的构件。

表3螺旋形消能构件尺寸

在样品加工出来后，发现100kn和150kn级的减震器，还是存在尺寸大、重量重的问题。虽然30kn和50kn消能构件在尺寸上小一下，但其重量也不便于安装。由于螺旋压缩弹簧本身的材料特性限制，在一定程度上已经不能继续缩小尺寸或减轻减震器重量。

对比例2

将实施例1中碟形弹簧环形弹簧进行替换。

h0——环形消能构件自由高度，mm

δ0——无荷载时内外环的轴向间隙，mm

h——内外环高度，mm

d——内环内径，mm

β——圆锥面斜角，当圆锥面斜角β选取较小时，弹簧刚度较小，则卸载时将产生自锁，不能回弹；β角选取过大时，则弹性变形恢复时的荷载较大，使环形弹簧缓冲吸振能力降低。设计时，可取β＝12°～20°

以工作荷载50kn～200kn进行了消能构件设计计算，得到了环形结构消能构件的尺寸参数，其具体参数见表4。

表4环形消能构件参数表

对比实施例1及对比例1-2三种构件类型，可以发现三种构件具有不同的性能特点，螺旋形承载能力小、行程大，但其重量重、尺寸大；环形承载能力大、尺寸小、重量轻，但其工作行程小；碟形原件承载能力大，行程适中，尺寸小、重量轻。

综合考虑消能构件使用环境、施工条件以及边坡框架梁构造，认为消能构件需要满足以下三点要求；

①消能构件承载能力需要在50kn～150kn之间。

②消能构件高度控制在200mm内，直径控制在200mm内。

③消能构架体积小、重量轻，便于搬运和安装。

通过选型对比分析，同时满足上述三点要求的消能构件仅有碟形元件，认为碟形元件更适用于消能构件。

实施例6

本实施例利用数值模拟方法探究地震荷载作用下，边坡锚杆框架梁体系中，锚杆在有无减震器时轴力是否会发生变化。结合工程实例，利用有限元计算软件abaqus建立了边坡框架梁数值分析模型，对有无消能构件的锚杆在地震荷载作用下的轴力进行对比分析。

算例边坡为某二级公路边坡，坡高20m，坡比1：0.75。边坡等级为二级，安全系数为1.05，此边坡抗震设防烈度为8级。计算参数选取如下：地震波选取正弦波，地震频率为2hz，加速度峰值为0.3g；土体材料为弹塑性材料，采用mohr-coulomb强度准则，土体物理力学参数详表5；边坡计算模型剖面图如图10所示，一个剖面包括六根锚杆系统，从上到下依次编号为a、b、c、d、e、f，锚杆竖向间距3m，倾角为37°，锚杆长18m，每根锚杆原理锚固的一端安装有实施例3所示的减震装置(减震器)，锚杆用杆单元模拟，锚杆物理力学参数如表6所示；框架梁、柱截面尺寸300mm×300mm，采用c20混凝土；减震装置利用实施例3中碟形消能构件相关参数进行计算。

表5土体物理力学参数

表6锚杆物理力学参数

计算结果以最下端编号为f的锚杆具体说明，其余锚杆类似。锚杆轴力随时间变化曲线如图11所示。无消能构件状态下，在0时刻，锚杆的最大轴力为0kn，地震作用8s时轴力达到峰值，锚杆的最大轴力为180kn。有消能构件状态下，在0时刻，锚杆最大轴力为0kn，地震作用8s时，轴力达到峰值，默哀干的最大轴力为130kn。将无消能构件锚杆轴力与有消能构件轴力相比较，有消能构件状态下锚杆每个时间点对应最大轴力均减小，大致约为29.8％。具体对比数据见表7。

表7锚杆轴力对比

经模拟实验看出，本发明提供了减震装置中，若干个碟形弹簧之间复合组合排列方式，使用这种排列方式，可以使得减震装置承受50kn～200kn的荷载，在减震器的作用下，锚杆伸长量平均减小了30％左右。尺寸控制在200mm以下，大大减小了整个减震装置的重量，降低了成本，减小了占地面积，便于安装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。