本发明涉及材料摩擦特性，特别是指一种砂土内摩擦角确定装置及方法。
背景技术：
1、内摩擦角能够反映材料的摩擦特性，包括颗粒表面摩擦力和颗粒间的嵌入、联锁作用产生的咬合力。在计算地基土承载力、边坡稳定性时，内摩擦角是基础参数。目前对于砂土内摩擦角测试主要包括原位直剪测试和重塑土室内直剪测试。其中原位直剪测试由于是水平推剪切，需要大场地大空间，操作难度较大，对试验人员的技术水平和操作经验要求高；试验工作量大，成本较高，时间较长的问题。重塑土室内直剪测试由于破坏了原状土的地层结构，导致土样的结构、物理力学性质等与原位土存在差异，从而影响试验结果的准确性，不能完全真实地反映现场土体的抗剪强度特性。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种砂土内摩擦角确定装置及方法，对场地空间要求大大降低，操作过程相对简单，保留了原状土的地层结构，能完全真实地反映现场土体的抗剪强度特性。
2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
3、一种砂土内摩擦角确定装置，包括：
4、设于钻孔内的倒置桶，钻孔设于第一砂土内，所述倒置桶内设有第二砂土；
5、设于所述倒置桶顶部的导力杆，所述导力杆伸出钻孔外；
6、设于所述导力杆顶部的配重砝码；
7、相对设于所述导力杆上的第一扭力扳手和第二扭力扳手；
8、其中，通过所述第一扭力扳手和第二扭力扳手给第二砂土和第一砂土施加水平剪力；
9、通过所述配重砝码、倒置桶和第一扭力扳手和第二扭力扳手给第二砂土和第一砂土施加垂直压力；
10、通过所述第一扭力扳手获取对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第一扭力；
11、通过所述第二扭力扳手获取对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第二扭力；
12、根据垂直压力、所述第一扭力、所述第二扭力以及倒置桶的半径，确定第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角。
13、可选的，所述导力杆包括：至少两节的传动杆，所述传动杆之间可拆卸连接。
14、可选的，所述倒置桶底部设有交叉米字型竖板。
15、可选的，所述第一扭力扳手和第二扭力扳手为数显扭力扳手。
16、本发明还提供一种砂土内摩擦角的确定方法，应用于如上所述的砂土内摩擦角确定装置，包括：
17、通过第一扭力扳手和第二扭力扳手给第二砂土和第一砂土施加水平剪力；
18、通过配重砝码、倒置桶和第一扭力扳手和第二扭力扳手给第二砂土和第一砂土施加垂直压力；
19、确定通过第一扭力扳手对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第一扭力；
20、确定通过第二扭力扳手对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第二扭力；
21、根据所述垂直压力、所述第一扭力、第二扭力以及倒置桶的半径，确定第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角。
22、可选的，获取通过第一扭力扳手对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第一扭力，包括：
23、通过第一扭力扳手对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第一峰值，将所述第一峰值确定为第一扭力；
24、获取通过第二扭力扳手获取对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第二扭力，包括：
25、通过第二扭力扳手对第二砂土和第一砂土施加水平剪力的第二峰值，将所述第二峰值确定为第二扭力。
26、可选的，根据所述垂直压力、所述第一扭力、第二扭力以及倒置桶的半径，确定第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角，包括：
27、根据确定第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角；
28、其中，arctan为反正切函数，f为垂直压力，r为倒置桶的半径，m1为第一扭力，m2为第二扭力，为第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角。
29、可选的，根据f＝g1+g2+g3+g4确定垂直压力，
30、其中，g1为配重砝码的重量，g2为导力杆的重量，g3为倒置桶的重量，g4为第一扭力扳手和第二扭力扳手的重量之和。
31、可选的，本确定方法还包括：
32、多次重复以上步骤，得到多个第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角；
33、计算所述多个内摩擦角的平均值和标准差
34、根据确定所述多个内摩擦角的变异系数，
35、其中，为多个内摩擦角的平均值，为多个内摩擦角的标准差，λ3为多个内摩擦角的变异系数；
36、根据确定所述多个内摩擦角的统计修正系数，
37、其中，n为得到的所述内摩擦角的个数，所述为多个内摩擦角的统计修正系数；
38、根据确定所述多个内摩擦角的标准值，
39、其中，为多个内摩擦角的标准值。
40、本发明的实施例还提供一种计算设备，包括：
41、一个或多个处理器；
42、存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。
43、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
44、本发明的上述方案，本发明采用在钻孔内设置倒置桶的方式，相较于原位直剪试验的水平推剪切，无需大场地大空间。工作人员仅需在钻孔周围进行操作，对场地空间要求大大降低。同时，通过第一扭力扳手和第二扭力扳手施加水平剪力，操作过程相对简单，对试验人员的技术水平和操作经验要求不高，降低了操作难度。
45、只需进行钻孔并设置相关部件，与原位直剪试验大量的场地准备、设备安装调试等工作相比，工作量大幅减少。由于工作量减少，所需的人力、物力资源也相应降低，从而降低了成本。
46、在原位进行测试，保留了原状土的地层结构。第一砂土处于自然状态，第二砂土在倒置桶内也基本维持了与原位相似的结构和物理力学性质，能完全真实地反映现场土体的抗剪强度特性。
47、通过垂直压力、所述第一扭力、所述第二扭力以及倒置桶的半径，确定第一砂土和第二砂土之间的内摩擦角，推导过程精准明晰。
1.一种砂土内摩擦角确定装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的砂土内摩擦角确定装置，其特征在于，所述导力杆(5)包括：至少两节的传动杆(51)，所述传动杆(51)之间可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的砂土内摩擦角确定装置，其特征在于，所述倒置桶(3)底部设有交叉米字型竖板(31)。
4.根据权利要求1所述的砂土内摩擦角确定装置，其特征在于，所述第一扭力扳手(7)和第二扭力扳手(8)为数显扭力扳手。
5.一种砂土内摩擦角的确定方法，应用于权利要求1至4任一项所述的砂土内摩擦角确定装置，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的砂土内摩擦角的确定方法，其特征在于，获取通过第一扭力扳手(7)对第二砂土(4)和第一砂土(1)施加水平剪力的第一扭力，包括：
7.根据权利要求6所述的砂土内摩擦角的确定方法，其特征在于，根据所述垂直压力、所述第一扭力、第二扭力以及倒置桶(3)的半径，确定第一砂土(1)和第二砂土(4)之间的内摩擦角，包括：
8.根据权利要求7所述的砂土内摩擦角的确定方法，其特征在于，根据f＝g1+g2+g3+g4确定垂直压力，
9.根据权利要求7所述的砂土内摩擦角的确定方法，其特征在于，还包括：
10.一种计算设备，其特征在于，包括：