本发明涉及地基土层性质确定领域。更具体地说，本发明涉及一种地基承载力及侧摩阻力测量装置及其使用方法。
背景技术：
我国地域广阔，工程地质条件比较复杂，在岩土工程技术标准中，地基承载力及侧摩阻力的确定是地基设计的重要内容，也是土力学中学术见解分歧比较大的问题。目前一般按照规范规定确定地基承载力及侧摩阻力值，但使用该方法所确定的地基承载力及侧摩阻力值往往偏于保守，一定程度上不能充分发挥地基性能，结构设计偏于保守，间接造成浪费。而且对于有些工程需要知道地基承载力极限值，而地勘资料或规范一般给出地基承载力的特征值，在此基础上乘以经验系数作为地基承载力的极限值，此种方法得出的极限承载力值往往与实际地基极限承载力值有较大出入。在侧摩阻力确定方面，规范给出值往往偏于保守，而且所给出结构与土体之间侧摩阻力值大小，也很少考虑结构材料对侧摩阻力值得影响。因此，怎样获得较为准确的地基承载力及侧摩阻力值无论是对结构设计还是工程施工均具有较大益处。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种地基承载力及侧摩阻力测量装置及其使用方法，以得到与实际地基情况吻合性较好的地基极限承载力及侧摩阻力值。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种地基承载力及侧摩阻力测量装置，包括：
壳体，其为内部中空的圆柱体形，且沿竖直方向设置，所述壳体的底部敞开，所述壳体的侧壁的底部具有从其内侧壁向着其外侧壁逐渐向下倾斜的锥面；
承压板，其为直径上小下大的圆台形，所述承压板设置在所述壳体的底部，所述承压板的底部的直径等于所述壳体的外径，所述承压板与所述壳体同轴设置，所述承压板的侧壁与所述锥面不接触，且所述承压板的顶部的高度高于所述锥面的底部的高度；
传力杆，其沿竖直方向设置，所述传力杆的底部与所述承压板的顶部的中央固定连接；
压力检测仪，其设置在所述壳体的顶部和所述传力杆之间，且分别与所述壳体的顶部和所述传力杆固定连接；
应力检测仪，其固设在所述壳体的顶部，并位于所述壳体的上方；
传力柱，其沿竖直方向设置在所述应力检测仪的顶部。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
连接杆，其沿竖直方向设置在所述壳体内，所述连接杆的顶部与所述壳体的顶部的中央固定连接，所述连接杆的底部与所述压力检测仪固定连接，所述压力检测仪通过所述连接杆与所述壳体的顶部固定连接；
支撑杆，其沿竖直方向设置，所述支撑杆的底部与所述壳体的顶部的中央固定连接，所述支撑杆的顶部与所述应力检测仪固定连接，所述应力检测仪通过所述支撑杆与所述壳体的顶部固定连接。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述传力杆由一体成型的上部分和下部分组成，所述上部分和所述下部分均为圆柱体形，且分别与所述壳体同轴设置，所述上部分的直径大于所述下部分的直径，所述压力检测仪与所述上部分的顶部固定连接。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
应力传递板一，其设置在所述压力检测仪和所述连接杆之间，且分别与所述压力检测仪和所述连接杆固定连接，所述应力传递板一的横截面的尺寸大于所述连接杆的横截面的尺寸。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述应力传递板一和所述连接杆均为圆柱体形，且分别与所述壳体同轴设置。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
应力传递板二，其设置在所述支撑杆和所述应力检测仪之间，且分别与所述支撑杆和所述应力检测仪固定连接，所述应力传递板二的横截面的尺寸大于所述支撑杆的横截面的尺寸。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述应力传递板二和所述支撑杆均为圆柱体形，且分别与所述壳体同轴设置。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
应力传递板三，其设置在所述应力检测仪和所述传力柱之间，且分别与所述应力检测仪和所述传力柱固定连接，所述应力传递板三的横截面的尺寸大于所述传力柱的横截面的尺寸。
优选的是，所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述应力传递板三和所述传力柱均为圆柱体形，且分别与所述壳体同轴设置。
一种地基承载力及侧摩阻力测量装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、将所需检测承载力及侧摩阻力地层表面整平，将承压板沿水平方向放置于地层表面；
步骤二、采用竖直向下的加载系统，将竖直向下的力作用到传力柱上，使承压板压载地基向下运动，记录压力检测仪和应力检测仪上的检测值，随着作用在传力柱上的竖直向下的力增加，地基发生破坏，此时压力检测仪上的检测值为地基承载力极限值，应力检测仪上的检测值与压力检测仪上的检测值之差为作用在壳体上的抗压型侧摩阻力；
步骤三、当承压板入土一定深度后，采用竖直向上的加载系统，将竖直向上的力作用到传力柱上，记录应力检测仪上的检测值，应力检测仪上的检测值即为作用在壳体上的抗拔型侧摩阻力。
本发明至少包括以下有益效果：
通过本发明获得的地基极限承载力及侧摩阻力值与实际地基情况能够较好吻合，而且在侧摩阻力确定方面，也考虑结构材料对侧摩阻力值的影响。
通过本发明能得到精确的地基承载力及侧摩阻力值，对结构设计和工程施工均具有较大益处。
本发明能同时测量地基极限承载力及侧摩阻力值，且结构简单，使用方便。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供地基承载力及侧摩阻力测量装置，包括：
壳体100(即侧摩阻力传力臂)，其为内部中空的圆柱体形，且沿竖直方向设置，所述壳体100的底部敞开，所述壳体100的侧壁的底部具有从其内侧壁向着其外侧壁逐渐向下倾斜的锥面101；实际使用时，想获得钢材与土体之间的侧摩阻力时，选用钢结构作为壳体100材料；想获得混凝土与土体之间的侧摩阻力时，选用钢筋混凝土作为壳体100材料。
承压板110，其为直径上小下大的圆台形，所述承压板110设置在所述壳体100的底部，所述承压板110的底部的直径等于所述壳体100的外径，所述承压板110与所述壳体100同轴设置，所述承压板110的侧壁与所述锥面101不接触，且所述承压板110的顶部的高度高于所述锥面101的底部的高度；这样锥面101和承压板110之间形成阻隔缝102，以将承压板110与壳体100分开，使得承压板110与壳体100之间不存在力的传递，阻隔缝102可以用刚度小、压缩性好的橡胶等弹性材料填充，既防止土层进入阻隔缝102中，又使承压板110在竖直向上的反力作用下，向壳体100传递的力较小。
传力杆120，其沿竖直方向设置，所述传力杆120的底部与所述承压板110的顶部的中央固定连接；
压力检测仪130，其设置在所述壳体100的顶部和所述传力杆120之间，且分别与所述壳体100的顶部和所述传力杆120固定连接；压力检测仪130为现有技术中可以检测压力的仪器，其只能检测传力杆120向上传递的力。
应力检测仪140，其固设在所述壳体100的顶部，并位于所述壳体100的上方；应力检测仪140为现有技术中可以检测拉应力和压应力的仪器，其能检测对其向下的拉力和向上的压力。
传力柱150，其沿竖直方向设置在所述应力检测仪140的顶部。
采用本方案提供的地基承载力及侧摩阻力测量装置测量地基承载力、抗压型侧摩阻力和抗拔型侧摩阻力的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所需检测承载力及侧摩阻力地层表面整平，将承压板110沿水平方向放置于该地层表面；
步骤二、采用竖直向下的加载系统，将竖直向下的力作用到传力柱150上，使承压板110压载地基向下运动，土体给予承压板110一竖直向上的反力，竖直向上的反力通过承压板110传递给传力杆120，传力杆120将竖直向上的反力传递给压力检测仪130，压力检测仪130记录和检测承压板110所受的竖直向上的反力大小，再通过压力检测仪130将竖直向上的反力依次传递给壳体100的顶部和应力检测仪140，同时，壳体100的外侧壁与土体之间产生抗压型侧摩阻力，并通过壳体100将抗压型侧摩阻力传递给应力检测仪140，应力检测仪140上的检测值为作用在传力柱150上的总荷载，随着作用在传力柱150上的竖直向下的力增加，地基发生破坏，此时压力检测仪130上的检测值为地基承载力极限值，应力检测仪140上的检测值与压力检测仪130上的检测值之差为作用在壳体100上的抗压型侧摩阻力；
步骤三、当测量装置入土一定深度后，采用竖直向上的加载系统，将竖直向上的力作用到传力柱150上，壳体100的外侧壁与土体之间产生抗拔型侧摩阻力，并通过壳体100将抗拔型侧摩阻力传递给应力检测仪140，应力检测仪140上的检测值即为作用在壳体100上的抗拔型侧摩阻力。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
连接杆160，其沿竖直方向设置在所述壳体100内，所述连接杆160的顶部与所述壳体100的顶部的中央固定连接，所述连接杆160的底部与所述压力检测仪130固定连接，所述压力检测仪130通过所述连接杆160与所述壳体100的顶部固定连接；
支撑杆170，其沿竖直方向设置，所述支撑杆170的底部与所述壳体100的顶部的中央固定连接，所述支撑杆170的顶部与所述应力检测仪140固定连接，所述应力检测仪140通过所述支撑杆170与所述壳体100的顶部固定连接。
采用本方案提供的地基承载力及侧摩阻力测量装置测量地基承载力、抗压型侧摩阻力和抗拔型侧摩阻力的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所需检测承载力及侧摩阻力地层表面整平，将承压板110沿水平方向放置于该地层表面；
步骤二、采用竖直向下的加载系统，将竖直向下的力作用到传力柱150上，使承压板110压载地基向下运动，土体给予承压板110一竖直向上的反力，竖直向上的反力通过承压板110传递给传力杆120，传力杆120将竖直向上的反力传递给压力检测仪130，压力检测仪130记录和检测承压板110所受的竖直向上的反力大小，再通过压力检测仪130将竖直向上的反力依次传递给连接杆160、壳体100的顶部、支撑杆170和应力检测仪140，同时，壳体100的外侧壁与土体之间产生抗压型侧摩阻力，并通过壳体100将抗压型侧摩阻力传递到支撑杆170，再通过支撑杆170将抗压型侧摩阻力传递给应力检测仪140，应力检测仪140上的检测值为作用在传力柱150上的总荷载，随着作用在传力柱150上的竖直向下的力增加，地基发生破坏，此时压力检测仪130上的检测值为地基承载力极限值，应力检测仪140上的检测值与压力检测仪130上的检测值之差为作用在壳体100上的抗压型侧摩阻力；
步骤三、当测量装置入土一定深度后，采用竖直向上的加载系统，将竖直向上的力作用到传力柱150上，壳体100的外侧壁与土体之间产生抗拔型侧摩阻力，并通过壳体100将抗拔型侧摩阻力传递到支撑杆170，再通过支撑杆170将抗拔型侧摩阻力传递给应力检测仪140，应力检测仪140上的检测值即为作用在壳体100上的抗拔型侧摩阻力。
土体与壳体100间的单位面积摩阻力大小，可以根据对应的侧摩阻力值除以壳体100与土层间接触面积获得。
因装置上各部件所受重力相比于地基承载力及侧摩阻力的值较小，可忽略不计，因而以上检测忽略了装置各部件的重力。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述传力杆120由一体成型的上部分和下部分组成，所述上部分和所述下部分均为圆柱体形，且分别与所述壳体100同轴设置，所述上部分的直径大于所述下部分的直径，所述压力检测仪130与所述上部分的顶部固定连接。上部分用于安装压力检测仪130，上部分的直径较大，这样受力面积较大，能保护压力检测仪130，防止其被压坏，当上部分较粗时，可以节约下部分的制作材料。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
应力传递板一180，其设置在所述压力检测仪130和所述连接杆160之间，且分别与所述压力检测仪130和所述连接杆160固定连接，所述应力传递板一180的横截面的尺寸大于所述连接杆160的横截面的尺寸。即压力检测仪130通过应力传递板一180与连接杆160连接，这样受力面积较大，能保护压力检测仪130，防止其被压坏。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述应力传递板一180和所述连接杆160均为圆柱体形，且分别与所述壳体100同轴设置。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
应力传递板二190，其设置在所述支撑杆170和所述应力检测仪140之间，且分别与所述支撑杆170和所述应力检测仪140固定连接，所述应力传递板二190的横截面的尺寸大于所述支撑杆170的横截面的尺寸。即应力检测仪140通过应力传递板二190与支撑杆170连接，这样受力面积较大，能保护应力检测仪140，防止其被压坏。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述应力传递板二190和所述支撑杆170均为圆柱体形，且分别与所述壳体100同轴设置。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，还包括：
应力传递板三200，其设置在所述应力检测仪140和所述传力柱150之间，且分别与所述应力检测仪140和所述传力柱150固定连接，所述应力传递板三200的横截面的尺寸大于所述传力柱150的横截面的尺寸。即应力检测仪140通过应力传递板三200与传力柱150连接，这样受力面积较大，能保护应力检测仪140，防止其被压坏。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述应力传递板三200和所述传力柱150均为圆柱体形，且分别与所述壳体100同轴设置。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述承压板110的锥角与所述锥面101的锥角相等，所述承压板110的顶部的高度低于所述锥面101的顶部的高度。
所述的地基承载力及侧摩阻力测量装置中，所述承压板110的侧壁与所述锥面101间填充有橡胶。
一种地基承载力及侧摩阻力测量装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、将所需检测承载力及侧摩阻力地层表面整平，将承压板沿水平方向放置于地层表面；
步骤二、采用竖直向下的加载系统，将竖直向下的力作用到传力柱上，使承压板压载地基向下运动，记录压力检测仪和应力检测仪上的检测值，随着作用在传力柱上的竖直向下的力增加，地基发生破坏，此时压力检测仪上的检测值为地基承载力极限值，应力检测仪上的检测值与压力检测仪上的检测值之差为作用在壳体上的抗压型侧摩阻力；
步骤三、当承压板入土一定深度后，采用竖直向上的加载系统，将竖直向上的力作用到传力柱上，记录应力检测仪上的检测值，应力检测仪上的检测值即为作用在壳体上的抗拔型侧摩阻力。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。