悬浮能量桩-筏基础的热-力学特性数值模拟

杨 涛，陈 洋，孔纲强

1）上海理工大学环境与建筑学院，上海200093；2）上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240；3）河海大学土木交通学院，江苏南京210024

能量桩，也称能源桩或热交换桩，是在地源热泵技术中将建筑桩基作为换热器取代地埋管，可节约土地和施工费用，且换热效率高、节能环保.由于这些优点，能量桩技术发展迅速，得到了大量应用.与传统桩基不同，能量桩不仅承受上部结构传来的力学荷载，还要经历冷-热温度循环，工作机理复杂.对能量桩工作机理的认知首先从单根能量桩的研究开始.BOURNE-WEBB等［1］、路宏伟等［2］和孔纲强等［3］分别对伦敦硬黏土、昆山和南京黏性土地基中单能量桩的热-力学特性进行了现场试验.GOOD等［4-6］进行了室内砂土和黏性土地基中单能量桩缩尺模型试验和离心模型试验，实测了在冷-热循环+力学荷载下单能量桩的热-力学响应，包括桩体和地基土温度的变化、桩身附加轴向应力、桩头累计沉降以及桩两端约束的影响等，发现桩受热时桩身产生附加压应力，桩头产生附加隆起位移，桩受冷时桩身产生附加拉应力，桩头产生附加沉降.桩体是热弹性体，桩头的累积沉降在前2次热循环中发生，桩身附加轴向应力随桩二端约束的增加而增大.近年来，一些学者［7-11］将多场耦合有限元数值模拟技术用于单能量桩热-力学响应机理和长期特性的研究，结果表明，桩身附加应力、附加竖向位移和地基土的温度变化都随温度荷载……