自由约束条件下能源桩的离散元研究

王雪松， 龚晓南

（浙江大学建筑工程学院滨海中心，杭州 310012）

0 引言

气候变化和能源危机是如今面临的两大巨大挑战，当前形势下新能源以其具有可再生、无污染、形式种类丰富等优点深受各国青睐。

最早由日本的Morino［1］提出桩埋管换热器，而能源桩是一种新型桩基础形式，该桩基础结合地埋管换热器的塑料换热管与建筑物的混凝土桩基以实现结构物承载及换热功能。在国外方面，1948年Kelvin［2，3］提出线热源理论，该理论假定竖直埋管换热器为一恒定热流密度的无限长线热源。Lee等［4］根据半离散化网络的研究方法，提出三维有限差分的数值模型。Yoon等［5］基于有限元模拟分析，对比研究了不同埋管形式的能量桩在3个月内通过间歇运行和连续运行下的换热性能。Bezyaii等［6］通过三维数值模拟研究了不同换热管的能量桩的换热性能，发现螺旋型埋管换热性能优于单U型和W型埋管。

在国内方面，石磊［7］推导出了热源模型的温度分布解析解，并进一步提出了线圈模型。桑宏伟［8］尝试使用二维离散元模型对能源桩的传热特性进行研究，采用MatDEM离散元软件对能源桩建立模型并通过与现场工程监测结果对比，验证了离散元法在能源桩换热性能研究方面的有效性。

文中提出能源桩的离散元模型，并通过MatDEM软件对能源桩的传热性能和承载能力特性进行研究。

1 模型基本理论

离散元法由Cundall［9］首先提出，并将其主要用于计算分析非连续介质的各种力学行为。离散元受限于实际工程颗粒数量需求巨大导致的计算量较大等问题，在岩土工程实际应用中相对较少。……