本發(fā)明涉及地基土層性質(zhì)確定領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
我國地域廣闊，工程地質(zhì)條件比較復雜，在巖土工程技術(shù)標準中，地基承載力及側(cè)摩阻力的確定是地基設計的重要內(nèi)容，也是土力學中學術(shù)見解分歧比較大的問題。目前一般按照規(guī)范規(guī)定確定地基承載力及側(cè)摩阻力值，但使用該方法所確定的地基承載力及側(cè)摩阻力值往往偏于保守，一定程度上不能充分發(fā)揮地基性能，結(jié)構(gòu)設計偏于保守，間接造成浪費。而且對于有些工程需要知道地基承載力極限值，而地勘資料或規(guī)范一般給出地基承載力的特征值，在此基礎上乘以經(jīng)驗系數(shù)作為地基承載力的極限值，此種方法得出的極限承載力值往往與實際地基極限承載力值有較大出入。在側(cè)摩阻力確定方面，規(guī)范給出值往往偏于保守，而且所給出結(jié)構(gòu)與土體之間側(cè)摩阻力值大小，也很少考慮結(jié)構(gòu)材料對側(cè)摩阻力值得影響。因此，怎樣獲得較為準確的地基承載力及側(cè)摩阻力值無論是對結(jié)構(gòu)設計還是工程施工均具有較大益處。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置及其使用方法，以得到與實際地基情況吻合性較好的地基極限承載力及側(cè)摩阻力值。
為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置，包括：
殼體，其為內(nèi)部中空的圓柱體形，且沿豎直方向設置，所述殼體的底部敞開，所述殼體的側(cè)壁的底部具有從其內(nèi)側(cè)壁向著其外側(cè)壁逐漸向下傾斜的錐面；
承壓板，其為直徑上小下大的圓臺形，所述承壓板設置在所述殼體的底部，所述承壓板的底部的直徑等于所述殼體的外徑，所述承壓板與所述殼體同軸設置，所述承壓板的側(cè)壁與所述錐面不接觸，且所述承壓板的頂部的高度高于所述錐面的底部的高度；
傳力桿，其沿豎直方向設置，所述傳力桿的底部與所述承壓板的頂部的中央固定連接；
壓力檢測儀，其設置在所述殼體的頂部和所述傳力桿之間，且分別與所述殼體的頂部和所述傳力桿固定連接；
應力檢測儀，其固設在所述殼體的頂部，并位于所述殼體的上方；
傳力柱，其沿豎直方向設置在所述應力檢測儀的頂部。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
連接桿，其沿豎直方向設置在所述殼體內(nèi)，所述連接桿的頂部與所述殼體的頂部的中央固定連接，所述連接桿的底部與所述壓力檢測儀固定連接，所述壓力檢測儀通過所述連接桿與所述殼體的頂部固定連接；
支撐桿，其沿豎直方向設置，所述支撐桿的底部與所述殼體的頂部的中央固定連接，所述支撐桿的頂部與所述應力檢測儀固定連接，所述應力檢測儀通過所述支撐桿與所述殼體的頂部固定連接。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述傳力桿由一體成型的上部分和下部分組成，所述上部分和所述下部分均為圓柱體形，且分別與所述殼體同軸設置，所述上部分的直徑大于所述下部分的直徑，所述壓力檢測儀與所述上部分的頂部固定連接。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
應力傳遞板一，其設置在所述壓力檢測儀和所述連接桿之間，且分別與所述壓力檢測儀和所述連接桿固定連接，所述應力傳遞板一的橫截面的尺寸大于所述連接桿的橫截面的尺寸。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述應力傳遞板一和所述連接桿均為圓柱體形，且分別與所述殼體同軸設置。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
應力傳遞板二，其設置在所述支撐桿和所述應力檢測儀之間，且分別與所述支撐桿和所述應力檢測儀固定連接，所述應力傳遞板二的橫截面的尺寸大于所述支撐桿的橫截面的尺寸。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述應力傳遞板二和所述支撐桿均為圓柱體形，且分別與所述殼體同軸設置。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
應力傳遞板三，其設置在所述應力檢測儀和所述傳力柱之間，且分別與所述應力檢測儀和所述傳力柱固定連接，所述應力傳遞板三的橫截面的尺寸大于所述傳力柱的橫截面的尺寸。
優(yōu)選的是，所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述應力傳遞板三和所述傳力柱均為圓柱體形，且分別與所述殼體同軸設置。
一種地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置的使用方法，包括以下步驟：
步驟一、將所需檢測承載力及側(cè)摩阻力地層表面整平，將承壓板沿水平方向放置于地層表面；
步驟二、采用豎直向下的加載系統(tǒng)，將豎直向下的力作用到傳力柱上，使承壓板壓載地基向下運動，記錄壓力檢測儀和應力檢測儀上的檢測值，隨著作用在傳力柱上的豎直向下的力增加，地基發(fā)生破壞，此時壓力檢測儀上的檢測值為地基承載力極限值，應力檢測儀上的檢測值與壓力檢測儀上的檢測值之差為作用在殼體上的抗壓型側(cè)摩阻力；
步驟三、當承壓板入土一定深度后，采用豎直向上的加載系統(tǒng)，將豎直向上的力作用到傳力柱上，記錄應力檢測儀上的檢測值，應力檢測儀上的檢測值即為作用在殼體上的抗拔型側(cè)摩阻力。
本發(fā)明至少包括以下有益效果：
通過本發(fā)明獲得的地基極限承載力及側(cè)摩阻力值與實際地基情況能夠較好吻合，而且在側(cè)摩阻力確定方面，也考慮結(jié)構(gòu)材料對側(cè)摩阻力值的影響。
通過本發(fā)明能得到精確的地基承載力及側(cè)摩阻力值，對結(jié)構(gòu)設計和工程施工均具有較大益處。
本發(fā)明能同時測量地基極限承載力及側(cè)摩阻力值，且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
如圖1所示，本發(fā)明提供地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置，包括：
殼體100(即側(cè)摩阻力傳力臂)，其為內(nèi)部中空的圓柱體形，且沿豎直方向設置，所述殼體100的底部敞開，所述殼體100的側(cè)壁的底部具有從其內(nèi)側(cè)壁向著其外側(cè)壁逐漸向下傾斜的錐面101；實際使用時，想獲得鋼材與土體之間的側(cè)摩阻力時，選用鋼結(jié)構(gòu)作為殼體100材料；想獲得混凝土與土體之間的側(cè)摩阻力時，選用鋼筋混凝土作為殼體100材料。
承壓板110，其為直徑上小下大的圓臺形，所述承壓板110設置在所述殼體100的底部，所述承壓板110的底部的直徑等于所述殼體100的外徑，所述承壓板110與所述殼體100同軸設置，所述承壓板110的側(cè)壁與所述錐面101不接觸，且所述承壓板110的頂部的高度高于所述錐面101的底部的高度；這樣錐面101和承壓板110之間形成阻隔縫102，以將承壓板110與殼體100分開，使得承壓板110與殼體100之間不存在力的傳遞，阻隔縫102可以用剛度小、壓縮性好的橡膠等彈性材料填充，既防止土層進入阻隔縫102中，又使承壓板110在豎直向上的反力作用下，向殼體100傳遞的力較小。
傳力桿120，其沿豎直方向設置，所述傳力桿120的底部與所述承壓板110的頂部的中央固定連接；
壓力檢測儀130，其設置在所述殼體100的頂部和所述傳力桿120之間，且分別與所述殼體100的頂部和所述傳力桿120固定連接；壓力檢測儀130為現(xiàn)有技術(shù)中可以檢測壓力的儀器，其只能檢測傳力桿120向上傳遞的力。
應力檢測儀140，其固設在所述殼體100的頂部，并位于所述殼體100的上方；應力檢測儀140為現(xiàn)有技術(shù)中可以檢測拉應力和壓應力的儀器，其能檢測對其向下的拉力和向上的壓力。
傳力柱150，其沿豎直方向設置在所述應力檢測儀140的頂部。
采用本方案提供的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置測量地基承載力、抗壓型側(cè)摩阻力和抗拔型側(cè)摩阻力的方法，包括以下步驟：
步驟一、將所需檢測承載力及側(cè)摩阻力地層表面整平，將承壓板110沿水平方向放置于該地層表面；
步驟二、采用豎直向下的加載系統(tǒng)，將豎直向下的力作用到傳力柱150上，使承壓板110壓載地基向下運動，土體給予承壓板110一豎直向上的反力，豎直向上的反力通過承壓板110傳遞給傳力桿120，傳力桿120將豎直向上的反力傳遞給壓力檢測儀130，壓力檢測儀130記錄和檢測承壓板110所受的豎直向上的反力大小，再通過壓力檢測儀130將豎直向上的反力依次傳遞給殼體100的頂部和應力檢測儀140，同時，殼體100的外側(cè)壁與土體之間產(chǎn)生抗壓型側(cè)摩阻力，并通過殼體100將抗壓型側(cè)摩阻力傳遞給應力檢測儀140，應力檢測儀140上的檢測值為作用在傳力柱150上的總荷載，隨著作用在傳力柱150上的豎直向下的力增加，地基發(fā)生破壞，此時壓力檢測儀130上的檢測值為地基承載力極限值，應力檢測儀140上的檢測值與壓力檢測儀130上的檢測值之差為作用在殼體100上的抗壓型側(cè)摩阻力；
步驟三、當測量裝置入土一定深度后，采用豎直向上的加載系統(tǒng)，將豎直向上的力作用到傳力柱150上，殼體100的外側(cè)壁與土體之間產(chǎn)生抗拔型側(cè)摩阻力，并通過殼體100將抗拔型側(cè)摩阻力傳遞給應力檢測儀140，應力檢測儀140上的檢測值即為作用在殼體100上的抗拔型側(cè)摩阻力。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
連接桿160，其沿豎直方向設置在所述殼體100內(nèi)，所述連接桿160的頂部與所述殼體100的頂部的中央固定連接，所述連接桿160的底部與所述壓力檢測儀130固定連接，所述壓力檢測儀130通過所述連接桿160與所述殼體100的頂部固定連接；
支撐桿170，其沿豎直方向設置，所述支撐桿170的底部與所述殼體100的頂部的中央固定連接，所述支撐桿170的頂部與所述應力檢測儀140固定連接，所述應力檢測儀140通過所述支撐桿170與所述殼體100的頂部固定連接。
采用本方案提供的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置測量地基承載力、抗壓型側(cè)摩阻力和抗拔型側(cè)摩阻力的方法，包括以下步驟：
步驟一、將所需檢測承載力及側(cè)摩阻力地層表面整平，將承壓板110沿水平方向放置于該地層表面；
步驟二、采用豎直向下的加載系統(tǒng)，將豎直向下的力作用到傳力柱150上，使承壓板110壓載地基向下運動，土體給予承壓板110一豎直向上的反力，豎直向上的反力通過承壓板110傳遞給傳力桿120，傳力桿120將豎直向上的反力傳遞給壓力檢測儀130，壓力檢測儀130記錄和檢測承壓板110所受的豎直向上的反力大小，再通過壓力檢測儀130將豎直向上的反力依次傳遞給連接桿160、殼體100的頂部、支撐桿170和應力檢測儀140，同時，殼體100的外側(cè)壁與土體之間產(chǎn)生抗壓型側(cè)摩阻力，并通過殼體100將抗壓型側(cè)摩阻力傳遞到支撐桿170，再通過支撐桿170將抗壓型側(cè)摩阻力傳遞給應力檢測儀140，應力檢測儀140上的檢測值為作用在傳力柱150上的總荷載，隨著作用在傳力柱150上的豎直向下的力增加，地基發(fā)生破壞，此時壓力檢測儀130上的檢測值為地基承載力極限值，應力檢測儀140上的檢測值與壓力檢測儀130上的檢測值之差為作用在殼體100上的抗壓型側(cè)摩阻力；
步驟三、當測量裝置入土一定深度后，采用豎直向上的加載系統(tǒng)，將豎直向上的力作用到傳力柱150上，殼體100的外側(cè)壁與土體之間產(chǎn)生抗拔型側(cè)摩阻力，并通過殼體100將抗拔型側(cè)摩阻力傳遞到支撐桿170，再通過支撐桿170將抗拔型側(cè)摩阻力傳遞給應力檢測儀140，應力檢測儀140上的檢測值即為作用在殼體100上的抗拔型側(cè)摩阻力。
土體與殼體100間的單位面積摩阻力大小，可以根據(jù)對應的側(cè)摩阻力值除以殼體100與土層間接觸面積獲得。
因裝置上各部件所受重力相比于地基承載力及側(cè)摩阻力的值較小，可忽略不計，因而以上檢測忽略了裝置各部件的重力。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述傳力桿120由一體成型的上部分和下部分組成，所述上部分和所述下部分均為圓柱體形，且分別與所述殼體100同軸設置，所述上部分的直徑大于所述下部分的直徑，所述壓力檢測儀130與所述上部分的頂部固定連接。上部分用于安裝壓力檢測儀130，上部分的直徑較大，這樣受力面積較大，能保護壓力檢測儀130，防止其被壓壞，當上部分較粗時，可以節(jié)約下部分的制作材料。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
應力傳遞板一180，其設置在所述壓力檢測儀130和所述連接桿160之間，且分別與所述壓力檢測儀130和所述連接桿160固定連接，所述應力傳遞板一180的橫截面的尺寸大于所述連接桿160的橫截面的尺寸。即壓力檢測儀130通過應力傳遞板一180與連接桿160連接，這樣受力面積較大，能保護壓力檢測儀130，防止其被壓壞。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述應力傳遞板一180和所述連接桿160均為圓柱體形，且分別與所述殼體100同軸設置。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
應力傳遞板二190，其設置在所述支撐桿170和所述應力檢測儀140之間，且分別與所述支撐桿170和所述應力檢測儀140固定連接，所述應力傳遞板二190的橫截面的尺寸大于所述支撐桿170的橫截面的尺寸。即應力檢測儀140通過應力傳遞板二190與支撐桿170連接，這樣受力面積較大，能保護應力檢測儀140，防止其被壓壞。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述應力傳遞板二190和所述支撐桿170均為圓柱體形，且分別與所述殼體100同軸設置。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，還包括：
應力傳遞板三200，其設置在所述應力檢測儀140和所述傳力柱150之間，且分別與所述應力檢測儀140和所述傳力柱150固定連接，所述應力傳遞板三200的橫截面的尺寸大于所述傳力柱150的橫截面的尺寸。即應力檢測儀140通過應力傳遞板三200與傳力柱150連接，這樣受力面積較大，能保護應力檢測儀140，防止其被壓壞。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述應力傳遞板三200和所述傳力柱150均為圓柱體形，且分別與所述殼體100同軸設置。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述承壓板110的錐角與所述錐面101的錐角相等，所述承壓板110的頂部的高度低于所述錐面101的頂部的高度。
所述的地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置中，所述承壓板110的側(cè)壁與所述錐面101間填充有橡膠。
一種地基承載力及側(cè)摩阻力測量裝置的使用方法，包括以下步驟：
步驟一、將所需檢測承載力及側(cè)摩阻力地層表面整平，將承壓板沿水平方向放置于地層表面；
步驟二、采用豎直向下的加載系統(tǒng)，將豎直向下的力作用到傳力柱上，使承壓板壓載地基向下運動，記錄壓力檢測儀和應力檢測儀上的檢測值，隨著作用在傳力柱上的豎直向下的力增加，地基發(fā)生破壞，此時壓力檢測儀上的檢測值為地基承載力極限值，應力檢測儀上的檢測值與壓力檢測儀上的檢測值之差為作用在殼體上的抗壓型側(cè)摩阻力；
步驟三、當承壓板入土一定深度后，采用豎直向上的加載系統(tǒng)，將豎直向上的力作用到傳力柱上，記錄應力檢測儀上的檢測值，應力檢測儀上的檢測值即為作用在殼體上的抗拔型側(cè)摩阻力。
盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。