本发明属于水泥土桩性能测试领域，具体是一种水泥土桩性能测量装置及测量方法。
背景技术：
目前传统的水泥土桩性能测量装置只能测试水泥土桩的无侧限抗压强度，并且目前试验的方法和试件的尺寸的选择都比较混乱，而对于新兴的水泥土桩提出更多的性能要求，包括抗拉、抗压以及抗扭和抗弯，还没有一体化的试验设备，同时对于水泥土桩的计算上也没有统一的计算方法。水泥土桩性能测量装置主要用于测试水泥土桩的无侧限抗压强度、无侧限抗拉强度、压扭组合强度以及抗弯强度，也可用于其他非金属的抗压抗扭强度的测量。
技术实现要素：
本发明针对上述存在的技术不足，提供一种水泥土桩性能测量装置及测量方法。能够同时测定水泥土桩的无侧限抗压强度、无侧限抗拉强度、组合压扭强度以及抗弯强度，同时给出了使用本发明所述水泥土桩测量方法的水泥土桩的抗弯强度以及压扭强度的计算公式。
本发明是通过以下技术方案实现的：水泥土桩性能测量装置，包括平台，旋转连接于平台上的旋转承台柱，固定于平台上的两固定座环，能够拆卸连接于两固定座环上的固定承台柱，固定于旋转承台柱和固定承台柱顶部之间的液压承台，缸体固定于液压承台上的第一液压机，
两固定座环的轴线到旋转承台柱轴线之间的距离相等；
所述第一液压机的活塞端朝下并伸出液压承台且活塞端端部可拆卸连接有拉压端头或弯曲端头，拉压端头底部可拆卸连接有一侧为开口状的上箍套环，上箍套环的开口处两端分别向外延伸形成带有连接孔的上紧箍片，上箍套环通过上紧箍片将试件顶部紧固于上箍套环内圆，试件底部周身环套有一侧为开口状的下箍套环，下箍套环的开口处两端分别向外延伸形成带有连接孔的下紧箍片，下箍套环通过下紧箍片将试件底部紧固于下箍套环内圆，下箍套环外圆上连接有扭转扇环，扭转扇环的轴线与试件的轴线位于同一直线上，平台上安装有第二液压机，第二液压机的活塞端通过钢丝绳水平连接于扭转扇环外圆中部，钢丝绳所在的方向位于扭转扇环的切线方向上，旋转承台柱与其中一固定座环之间的平台上固定支撑有用于竖向支撑试件的试件承力台，支撑于试件承力台上的试件的轴线与拉压端头的轴线位于同一竖直线上；
旋转承台柱与另外一固定座环之间的平台上固定支撑有用于横向支撑试件的试件支座，支撑于试件支座上的试件的轴线与弯曲端头的轴线相垂直且位于同一竖直平面内；
所述平台上还安装有用于分别液压控制第一液压机和第二液压机的液压机控制台，所述水泥土桩性能测量装置还具有用于控制液压机控制台的液压机电控箱。
作为本发明试验装置技术方案的进一步改进，所述试件支座上部开有与试件支撑配合的弧形凹槽。
作为本发明试验装置技术方案的进一步改进，支撑于试件承力台上的试件采用的是直径为100mm，高度为200mm的水泥土试样；支撑于试件支座上的试件采用的是直径为100mm，高度为300mm的水泥土试样。
作为本发明试验装置技术方案的进一步改进，各水泥土试验形状完整且目测无裂缝。
本发明进一步提供了一种无侧限抗压强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱，使得固定承台柱与其中一固定座环相对并固定连接，拉压端头安装于第一液压机的活塞端上，在试件的上下表面涂抹凡士林，然后将试件竖直安放在试件承力台中心，分别启动液压机电控箱以及液压机控制台，第一液压机的活塞端向下运行，当拉压端头与试件接近时，调整试件，再通过上紧箍片将上箍套环紧固于试件顶部；
2)将液压机控制台上的第一液压机的仪表盘清零；
3)以0.01～0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机对试件进行压缩载荷，直至试件破坏，记录第一液压机的破坏荷载P；
4)数据处理
无侧限抗压强度按下式计算：
fcu＝2.04×10-5·P (一)
式中：P-破坏荷载，kN；
fcu-无侧限抗压强度，MPa。
本发明另外提供了一种无侧限抗拉强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱，使得固定承台柱与其中一固定座环相对并固定连接，拉压端头安装于第一液压机的活塞端上，在试件的上下表面涂抹凡士林，然后将试件竖直安放在试件承力台中心，先将下箍套环紧固于试件底部周身，分别启动液压机电控箱以及液压机控制台，第一液压机的活塞端向下运行，当拉压端头与试件接近时，调整试件，再通过上紧箍片将上箍套环紧固于试件顶部；
2)将液压机控制台上的第一液压机的仪表盘清零；
3)以0.01～0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机对试件进行拉伸载荷，直至试件破坏，记录第一液压机的破坏荷载P；
4)数据处理
无侧限抗压强度按下式计算：
ft＝2.04×10-5·P (二)
式中：P-破坏荷载，kN；
ft-无侧限抗拉强度，MPa。
本发明进一步的提供了一种压扭组合强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，其中扭转扇环的外径为0.2m，所述测量方法包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱，使得固定承台柱与其中一固定座环相对并固定连接，拉压端头安装于第一液压机的活塞端上，在试件的上下表面涂抹凡士林，然后将试件竖直安放在试件承力台中心，先将下箍套环紧固于试件底部周身，分别启动液压机电控箱以及液压机控制台，第一液压机的活塞端向下运行，当拉压端头与试件接近时，调整试件，再通过上紧箍片将上箍套环紧固于试件顶部；
2)将液压机控制台上的第一液压机的仪表盘清零；然后将第一液压机的压力调整为试件的0.7fcu，并且保压，所述fcu为试件的无侧限抗压强度；
3)将液压机控制台上的第二液压机的仪表盘清零；然后以10N/s的速度连续均匀地采用第二液压机对试件施加扭矩，直至试件破坏，记录第二液压机的破坏荷载P；
4)数据处理
压扭强度按下式计算：
T＝0.2×P (三)
τ＝4.07×10-5×T (四)
式中：P-破坏荷载，kN；
T-抗扭弯矩，kN·m；
τ-压扭强度，MPa。
本发明还提供了一种弯曲强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱，使得固定承台柱与另外一个固定座环相对并固定连接，弯曲端头安装于第一液压机的活塞端上，试件支撑于试件支座上，并使弯曲端头(8)的尖部位于试件中部；
2)分别启动液压机电控箱以及液压机控制台，第一液压机的活塞端向下运行，当弯曲端头与试件接近且不接触时，将液压机控制台上的第一液压机的仪表盘清零；然后以0.01～0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机对试件施加弯曲载荷，直至试件破坏，记录第一液压机的破坏荷载P；
4)数据处理
弯曲压扭强度按下式计算：
式中：P-破坏荷载，kN
β-单位受力系数；
G(β)-试件受力系数；
σ-弯曲压扭强度，MPa。
本发明所述水泥土桩性能测量装置与传统水泥土桩试验装置相比，其有益效果在于：该装置能够同时测定水泥土桩的无侧限抗压强度、抗拉强度、抗扭强度，组合压扭强度以及抗弯强度，能够测得传统装置对于水泥土桩无法测得的抗扭强度以及压扭强度，能够实现在一个装置同时测定以上水泥土桩的性能。试验装置操作更加的简洁方便，提出适用与本发明专利水泥土桩装置的抗弯强度以及压扭强度的新的计算公式，更加的接近实践工程数据。本发明所述装置操作简单，加载稳定，结构紧凑，功能齐全，弥补了市场上水泥土桩测试装置的空白。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述水泥土桩性能测量装置的结构示意图。
图2为弯曲端头的结构示意图。
图3为拉压端头的结构示意图。
图4为上箍套环与上紧箍片的连接示意图。
图5为下箍套环与下紧箍片的连接示意图。
图中：1-平台，2-旋转承台柱，3-固定座环，4-固定承台柱，5-液压承台，6-第一液压机，7-拉压端头，7a-上拉压环部，7b-下拉压环部，8-弯曲端头，8a-上弯曲环部，8b-圆台，9-上箍套环，10-上紧箍片，11-试件，12-下箍套环，13-下紧箍片，14-扭转扇环，15-钢丝绳，16-试件承力台，17-试件支座，18-第二液压机，19-液压机控制台，20-液压机电控箱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
水泥土桩性能测量装置，包括平台，旋转连接于平台1上的旋转承台柱2，固定于平台1上的两固定座环3，能够拆卸连接于两固定座环3上的固定承台柱4，固定于旋转承台柱2和固定承台柱4顶部之间的液压承台5，缸体固定于液压承台5上的第一液压机6，
两固定座环3的轴线到旋转承台柱2轴线之间的距离相等；
所述第一液压机6的活塞端朝下并伸出液压承台5且活塞端端部可拆卸连接有拉压端头7或弯曲端头8，拉压端头7底部可拆卸连接有一侧为开口状的上箍套环9，上箍套环9的开口处两端分别向外延伸形成带有连接孔的上紧箍片10，上箍套环9通过上紧箍片10将试件11顶部紧固于上箍套环9内圆，试件11底部周身环套有一侧为开口状的下箍套环12，下箍套环12的开口处两端分别向外延伸形成带有连接孔的下紧箍片13，下箍套环12通过下紧箍片13将试件11底部紧固于下箍套环12内圆，下箍套环12外圆上连接有扭转扇环14，扭转扇环14的轴线与试件11的轴线位于同一直线上，平台1上安装有第二液压机18，第二液压机18的活塞端通过钢丝绳15水平连接于扭转扇环14外圆中部，钢丝绳15所在的方向位于扭转扇环14的切线方向上，旋转承台柱2与其中一固定座环3之间的平台1上固定支撑有用于竖向支撑试件11的试件承力台16，支撑于试件承力台16上的试件11的轴线与拉压端头7的轴线位于同一竖直线上；
旋转承台柱2与另外一固定座环3之间的平台1上固定支撑有用于横向支撑试件11的试件支座17，支撑于试件支座17上的试件11的轴线与弯曲端头8的轴线相垂直且位于同一竖直平面内；
所述平台1上还安装有用于分别液压控制第一液压机6和第二液压机18的液压机控制台19，所述水泥土桩性能测量装置还具有用于控制液压机控制台19的液压机电控箱20。
在本发明中，所述拉压端头7(如图3所示)包括中心柱体以及同轴的一体环套于中心柱体上下两端的上拉压环部7a和下拉压环部7b，其中上拉压环部7a的上端面与中心柱体的上端面在同一平面内，下拉压环部7b的上端面与中心柱体的下端面在同一平面内。上拉压环部7a的外径为125mm，内径为100mm，在内径与外径之间的环形部分平均设置6个直径为10mm的预留螺母孔，上拉压环部7a厚度为10mm，中心柱体高为300mm，直径为100mm；下拉压环部7b的外径125mm，内径100mm，下拉压环部7b厚度为10mm，在内径与外径之间的环形部分对称设置4个直径为10mm的预留螺母孔。具体的，上拉压环部7a与第一液压机6的活塞端螺栓连接，下拉压环部7b与上紧箍片10的连接孔螺栓连接。
所述弯曲端头8(如图2所示)包括中心柱体、同轴的一体环套于中心柱体上端的上弯曲环部8a以及同轴的由中心柱体下端一体向下延伸的圆台8b，其中弯曲环部8a外径为125mm，内径为100mm，在内径与外径之间的环形部分平均设置6个直径为10mm的预留螺母孔，环部厚度为10mm，中心柱体高为250mm，圆台8b上底直径为100mm，下底直径为50mm，高为50mm。具体的，上弯曲环部8a与第一液压机6的活塞端螺栓连接。
在本发明中，为了提高试件支座17上试件11支撑的稳定性，所述试件支座17上部开有与试件11支撑配合的弧形凹槽。
具体实施时，支撑于试件承力台16上的试件11采用的是直径为100mm，高度为200mm的水泥土试样；支撑于试件支座17上的试件11采用的是直径为100mm，高度为300mm的水泥土试样。
优选的，各水泥土试验形状完整且目测无裂缝。
进一步的，本发明提供了一种无侧限抗压强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱2，使得固定承台柱4与其中一固定座环3相对并固定连接，拉压端头7安装于第一液压机6的活塞端上，在试件11的上下表面涂抹凡士林，然后将试件11竖直安放在试件承力台16中心，分别启动液压机电控箱20以及液压机控制台19，第一液压机6的活塞端向下运行，当拉压端头7与试件11接近时，调整试件11，再通过上紧箍片10将上箍套环9紧固于试件11顶部；
2)将液压机控制台19上的第一液压机6的仪表盘清零；
3)以0.01～0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机6对试件11进行压缩载荷，直至试件11破坏，记录第一液压机6的破坏荷载P；
4)数据处理
无侧限抗压强度按下式计算：
fcu＝2.04×10-5·P (一)
式中：P-破坏荷载，kN；
fcu-无侧限抗压强度，MPa。
进一步的，本发明提供了一种无侧限抗拉强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱2，使得固定承台柱4与其中一固定座环3相对并固定连接，拉压端头7安装于第一液压机6的活塞端上，在试件11的上下表面涂抹凡士林，然后将试件11竖直安放在试件承力台16中心，先将下箍套环12紧固于试件11底部周身，分别启动液压机电控箱20以及液压机控制台19，第一液压机6的活塞端向下运行，当拉压端头7与试件11接近时，调整试件11，再通过上紧箍片10将上箍套环9紧固于试件11顶部；
2)将液压机控制台19上的第一液压机6的仪表盘清零；
3)以0.01～0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机6对试件11进行拉伸载荷，直至试件11破坏，记录第一液压机6的破坏荷载P；
4)数据处理
无侧限抗压强度按下式计算：
ft＝2.04×10-5·P (二)
式中：P-破坏荷载，kN；
ft-无侧限抗拉强度，MPa。
本发明另外提供了一种压扭组合强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，其中扭转扇环14的外径为0.2m，所述测量方法包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱2，使得固定承台柱4与其中一固定座环3相对并固定连接，拉压端头7安装于第一液压机6的活塞端上，在试件11的上下表面涂抹凡士林，然后将试件11竖直安放在试件承力台16中心，先将下箍套环12紧固于试件11底部周身，分别启动液压机电控箱20以及液压机控制台19，第一液压机6的活塞端向下运行，当拉压端头7与试件11接近时，调整试件11，再通过上紧箍片10将上箍套环9紧固于试件11顶部；
2)将液压机控制台19上的第一液压机6的仪表盘清零；然后将第一液压机6的压力调整为试件11的0.7fcu，并且保压，所述fcu为试件11的无侧限抗压强度；
3)将液压机控制台19上的第二液压机18的仪表盘清零；然后以10N/s的速度连续均匀地采用第二液压机18对试件11施加扭矩，直至试件11破坏，记录第二液压机18的破坏荷载P；
4)数据处理
压扭强度按下式计算：
T＝0.2×P (三)
τ＝4.07×10-5×T (四)
式中：P-破坏荷载，kN；
T-抗扭弯矩，kN·m；
τ-压扭强度，MPa。
进一步的，本发明提供了一种弯曲强度的测量方法，采用的是上述的水泥土桩性能测量装置，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱2，使得固定承台柱4与另外一个固定座环3相对并固定连接，弯曲端头8安装于第一液压机6的活塞端上，试件11支撑于试件支座17上，并使弯曲端头8的尖部位于试件11中部；
2)分别启动液压机电控箱20以及液压机控制台19，第一液压机6的活塞端向下运行，当弯曲端头8与试件11接近且不接触时，将液压机控制台19上的第一液压机6的仪表盘清零；然后以0.01～0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机6对试件11施加弯曲载荷，直至试件11破坏，记录第一液压机6的破坏荷载P；
4)数据处理
弯曲压扭强度按下式计算：
式中：P-破坏荷载，kN
β-单位受力系数；
G(β)-试件受力系数；
σ-弯曲压扭强度，MPa。
在本发明中，各液压机所施加的压应力或拉应力是经传感器由液压机控制台19的数字测力仪测出数据的。而且在本发明的测量方法中，所述破坏荷载P指的是液压机的仪表盘上的指示数突然下降前一刻的液压机的液压力。为了在进行弯曲强度的测量时便于第一液压机6上的弯曲端头8尖部恰好位于试件11的中部，具体的可在试件支座17侧面设置刻度尺。
试件11具体制备时，从现场水泥土桩钻芯取样，每一种测量方法最少6个试件11，每个试件11要求完整、无残缺，无裂缝，其测量结果应符合下列规定：
a.当其中5个试件11的任意一强度的最大值或最小值与平均值之差不超过平均值的15％时，应以5个试件11的平均值作为该组试件11的强度结果。
b.当其中5个试件的任意一强度的最大值或最小值与平均值之差超过平均值的20％时，应以这5个试件11的3个中间值的平均值作为该组试件11的强度结果。
c.当其中5个试件11中的3个中间值的最大值或最小值与平均值之差超过平均值的15％时，该组试件11的试验结果作废，并应重新制作试件。
由于目前市场上仅有水泥土桩的无侧限抗压强度的数据，下面提供了一种无侧限抗压强度的测量方法的具体实施例，包括如下步骤：
1)加载前，转动旋转承台柱2，使得固定承台柱4与其中一固定座环3相对并固定连接，拉压端头7安装于第一液压机6的活塞端上，在试件11的上下表面涂抹凡士林，然后将试件11竖直安放在试件承力台16中心，分别启动液压机电控箱20以及液压机控制台19，第一液压机6的活塞端向下运行，当拉压端头7与试件11接近时，调整试件11，再通过上紧箍片10将上箍套环9紧固于试件11顶部；
2)将液压机控制台19上的第一液压机6的仪表盘清零；
3)以0.10kN/s的速度连续均匀地采用第一液压机6对试件11进行压缩载荷，直至试件11破坏，记录第一液压机6的破坏荷载P；
4)数据处理
无侧限抗压强度按下式计算：
fcu＝2.04×10-5·P (一)
式中：P-破坏荷载，kN；
fcu-无侧限抗压强度，MPa。
其中试件11的原状土基本物理性质如下：
表1原状土基本物理性质
表2市场上测试数据与试验数据对比
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。