防灾减灾工程学报 /oa 循环温度荷载作用下饱和黏土的体积变形特性 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904001 采用温控三轴仪,研究了排水条件下温度循环引起的饱和黏土体积变化特性。试验结果表明,温度循环会使得土体产生不可恢复的体积变形,塑性体积应变的大小随温度循环周数的增加而增加,并逐渐趋于稳定值; 若将经历过温度循环的土样重新加载到新的正常固结状态,后续温度循环中产生的塑性体积应变量值及发展规律与初始循环下的类似; 同等温度增量下,体积应变的大小主要受超固结比<i>OCR</i>的影响<i>,</i>与应力水平无关<i>。OCR</i>越大,体积应变越小,随温度循环周数稳定的也越快。基于广义塑性理论,给出了热-力耦合作用下土体体积应变的计算模型。模型中考虑了温度塑性应变对屈服应力的硬化作用,根据屈服应力与前期固结应力之间的差异间接体现温度历史的影响,进而合理地模拟体积应变随温度循环周数的累积规律。利用所建立的模型对本文试验和文献中的数据进行了模拟,验证了模型的可靠性。 2019年08月31 00:00 2019年04期 541 548 533086 费 康, 付长郓, 戴 迪, 周 莹 基于热力荷载传递原理的能量桩长期响应研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904002 为研究能量桩的长期工作特性,通过引入Masing准则来建立桩-土荷载传递循环加卸载曲线,进而基于热力荷载传递原理来模拟循环温变荷载作用下能量桩的响应,然后基于现场原位试验,验证模型的可行性,最后研究不同冷热循环方式和桩顶荷载水平对能量桩长期响应的影响。研究结果表明:①循环温变荷载作用会使能量桩桩顶沉降和桩顶轴力不断增大,并最终趋于稳定; ②相较于只提供制冷需求的能量桩循环方式,同时提供制冷制热需求的能量桩更容易引起桩顶残余沉降和残余温度应力的持续积累; ③相较于桩顶轴力增量,建筑荷载的增大更容易引起桩顶残余沉降的积累。 2019年08月31 00:00 2019年04期 549 555563 1002786 罗 喆<sup>1,2</sup>, 胡 彪<sup>1,2</sup> 基于浅层地热能的寒区隧道排水沟保温防冻可行性研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904003 寒区隧道冻害问题严重影响隧道的正常运营和结构安全。以西宁—成都高速铁路寒区特长隧道洞口排水沟的保温为背景,首先使用COMSOL有限元软件建立了寒区隧道水沟保温的二维分析模型,结合西宁气象数据分析洞口排水沟保温的供暖负荷; 然后考虑将热交换管埋设在仰拱中利用浅层地热能,建立三维模型对隧道仰拱埋管换热器进行设计,并对埋管间距、进水温度、围岩导热系数等进行参数分析。研究结果表明,一定条件下,能源隧道可用于寒区隧道洞口排水沟的保温和防冻。 2019年08月31 00:00 2019年04期 556 563 995596 熊泽琛, 王天麟, 郭红仙, 程晓辉 饱和砂土地基相变桩的热力学特性试验研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904004 能源桩是一种新型的能源地下结构,相变材料能够改变自身状态来提供潜热。制作相变混凝土能源桩来实施室内大尺寸模型试验,将直径为0.2 m,长度为1.5 m的相变能源桩放入长宽高分别为2.45 m&#215;2.45 m&#215;2 m的模型箱中,模型箱中为饱和砂土地基。随后对能源桩施加三次循环温度荷载,测量桩体内部以及桩周土体温度的分布,并对相变能源桩的力学特性进行监测和分析,研究了循环温度荷载下相变能源桩的应力应变以及桩顶位移。研究结果表明:① 能源桩在循环温度荷载作用下产生的温度变化会给桩周土体带来一定的温度累积; ② 沿桩身深度方向及桩体内部同一平面内都存在着不均匀的应力应变分布; ③ 桩顶位移随温度循环过程变化,温度循环结束后会产生不可恢复的塑性位移。 2019年08月31 00:00 2019年04期 564 571 1511437 崔宏志<sup>1</sup>, 李宇博<sup>1</sup>, 包小华<sup>1</sup>, 冯唐杰<sup>1</sup>, 齐 贺<sup>2</sup> 能源隧道热响应试验数值分析与适用性评价 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904005 以能源桩和能源隧道为代表的能源地下结构是一类节能环保的地下结构形式,能源隧道的理论研究与实际应用还处于起步阶段,相关测试与设计方法还不够成熟。以新八达岭长城站能源隧道试验段为研究背景,利用COMSOL软件对能源隧道热响应试验进行了数值分析与适用性评价,对TPT测试工况进行了数值模拟,经验证与现场实测结果吻合较好; 对线热源传热模型用于能源隧道TRT试验的适用条件与方法做了初步探索,利用相对热效率的概念对模拟结果进行了分析。结果表明,线热源传热模型不能直接用于分析能源隧道TRT试验结果,但是T<sub>f</sub>-ln(t)曲线的斜率与模型输入的围岩导热系数线性相关,可定义相对热效率来反映围岩导热系数对隧道埋管换热器换热能力的影响。 2019年08月31 00:00 2019年04期 572 578 931752 郭红仙<sup>1</sup>, 孟嘉伟<sup>1,2</sup>, 祝振南<sup>1</sup> 压缩空气下FRPC能源桩承载特性分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904006 可再生能源储存系统是利用钢筋混凝土桩基础来储存由太阳能板产生的可再生能源,可再生能源以压缩空气的形式储存在空心截面的桩基内,桩基础作为上部结构的承载结构,不仅要承受上部结构荷载,还要承受土体的反作用力和压缩空气的压力。然而,混凝土在拉应力作用下易产生裂缝,导致钢筋混凝土桩储存能源的使用性能和耐久性受限。为了克服传统钢筋混凝土能量桩的这些缺陷,针对各种FRP(Fiber Reinforced Polymer)-混凝土复合桩基础储能和承载的双功能进行研究。综合考虑结构荷载、土体的反作用和压缩空气热动力循环引起的内部空气压力的共同作用,对多种形式的复合能量桩基础体系的适用性进行了综合有限元分析。研究表明,内侧和外侧的FRP管可以有效提高使用性能和耐久性,相对于钢筋混凝土桩,FRPC管桩的使用可靠性和耐久性性能更高。 2019年08月31 00:00 2019年04期 579 584591 1029325 戴国亮<sup>1,2</sup>, 曹小林<sup>1,2</sup>, 龚维明<sup>1,2</sup> 冷-热循环下能量桩热-力学特性的数值模拟 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904007 能量桩与地基土的热交换取决于建筑物的年能源需求,故能量桩每年受到冷-热循环作用。采用多场耦合有限元数值模拟方法,研究在力学荷载和随时间按正弦函数变化的温度荷载共同作用下悬浮能量桩的热-力学特性。结果表明,随着能量桩冷-热周期性的循环,温度荷载引起的桩身附加轴向应力、桩头附加竖向位移和桩侧附加剪应力也随时间周期性变化,且相位与温度荷载曲线的相位相同。桩升温最大时桩身轴向压应力达到最大值,桩降温最大时桩头沉降达到最大值。地基土的温度改变量随时间周期性地变化,其幅值在桩的中部深度附近最大,在桩二端深度附近较小。地基土温度的变化滞后于温度荷载。离桩越远,地基土的温度达到其最大值的时间越滞后。 2019年08月31 00:00 2019年04期 585 591 675286 杨 涛<sup>1</sup>, 刘律智<sup>2</sup>, 花永盛<sup>1</sup> 温度荷载作用下灌注型能量桩热力响应 原位试验研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904008 能量桩是一种利用浅层地热的建筑节能技术,具有比传统地源热泵系统更高的换热效率以及节约占地等优点。对能量桩试验基地的1#、2#足尺灌注型能量桩进行加热试验,测试桩身温度、应变、附加应力和侧摩阻力等分布规律,分析夏季工况仅温度荷载作用下(温升10 ℃)能量桩的热力响应。试验结果表明:沿桩壁对称布设多组U型换热管的灌注桩,其桩身温度分布较均匀,桩身应变呈现为两端大中间小,最大附加应力位于桩中部; 随着温度荷载的增加,桩体桩侧摩阻力表现为上负下正,桩中部正负交界处的侧摩阻力增长要明显快于桩两端,温升达到7.5℃之后,其增长趋势减弱; 本试验条件下,通过对桩体附加应力变化规律的拟合得出其值可能超过1.66 MPa,在设计时必须考虑温度荷载对桩承载力的影响。 2019年08月31 00:00 2019年04期 592 598 2540098 陈 智, 高华雨, 肖衡林, 马 强, 阙梦珂 考虑桩身热容的能量桩传热性能分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904009 与传统垂直钻孔地埋热交换器相比,能量桩桩径较大,需考虑桩身热容对能量桩传热的影响。利用无限长线热源模型与无限长桩热源模型的解析解对不同桩身热容的能量桩在饱和黏土中的传热过程进行对比计算,分析桩身热容对能量桩传热性能的影响。当桩身为混凝土时,不同粗集料引起的热容差异对能量桩传热初期造成影响,桩径是影响能量桩传热的主要因素之一,而混凝土桩与钢桩的热容差异对能量桩传热的影响较大。分析表明,整个传热过程分为两个阶段,初期热源向桩内外传递的比例取决于桩身和桩周物质热扩散系数的相对值,桩身的热扩散系数相对越大,向桩内传递热量越快,桩外过余温度越低; 当桩内温度达到均衡时,向桩内传递的热量取决于桩面处土体的温度以及桩身的热容。对于第一阶段,桩热源模型比线热源模型更能精细地描述能量桩的传热性能; 对于第二阶段,两种模型的计算结果差别很小。 2019年08月31 00:00 2019年04期 599 606 2938000 闫振国<sup>1</sup>, 张正威<sup>2</sup>, 杨 军<sup>1</sup> 超固结比对黏土热固结特性的影响研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904010 通过开展固结压缩试验,研究了超固结比(<i>OCR</i>)对海相沉积软黏土热固结特性的影响。试验结果表明:加温可能使软土发生沉降或回弹。在<i>OCR</i>较小的情况下,加温将使软黏土产生沉降; <i>OCR</i>越小,温度效应导致的沉降量越大,降温后回弹较少。在<i>OCR</i>较大的情况下,加温将使软土产生膨胀; 降温后膨胀可部分恢复,且<i>OCR</i>越大恢复量越大。在此基础上,根据测试结果拟合了考虑<i>OCR</i>影响的热固结经验关系式。该式可用来预测不同应力状态条件下软土应变随温度变化的关系。 2019年08月31 00:00 2019年04期 607 614 647347 刘 铨<sup>1</sup>, 邓岳保<sup>1</sup>, 毛伟赟<sup>1</sup>, 孔纲强<sup>2</sup> 不同埋管形式的预制能量管桩热响应试验研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904011 能量桩是通过在传统桩基础内安装换热管的新型节能减排技术。通过在PHC桩芯内埋设换热管形成预制能量管桩。现场采用单U和双U热响应试验,利用分布式光纤传感技术,对桩身的温度和应变分布进行了监测,得到了试验过程中能量桩的温度和应变变化规律; 发现换热初期热量会堆积在能量桩内无法快速传递到桩外,整个过程桩体升温幅度不大,热量传递效率较低; 揭示了预制能量管桩的热、力学变化特征,为预制能量管桩的优化设计和换热能力的评价提供了依据。 2019年08月31 00:00 2019年04期 615 621 1101921 吴冠中, 张 丹, 程 健, 刘 洋 回填土钻孔灌注桩-承台混凝土水化作用 效应现场试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904012 混凝土早期水化作用释放大量热量,会引起桩身温度和桩身应力变化,从而影响桩基承载性能。通过开展现场试验,研究回填土地基中钻孔灌注桩-承台混凝土水化热对桩身及桩基周围土体的影响,实测并分析了桩身及桩基周围土体温度随时间、深度的变化规律和桩基应力随时间的变化规律。研究结果表明,试桩混凝土浇筑完成后,0.7 d时桩体不同深度处的温度均达到最大值,21.4d时其温度基本稳定; 桩体温度随时间变化规律可分为快速上升、快速下降、缓慢降低和基本稳定4个阶段。承台混凝土水化热效应仅对桩基周围浅层土体温度有一定影响,当深度大于3 m时,其对土体的温度作用效应基本可以忽略。桩基约束应力变化表现为先迅速增长再缓慢下降最终趋于稳定,最大约束应力值与混凝土轴心抗拉强度十分接近。 2019年08月31 00:00 2019年04期 622 627 761697 魏明畅<sup>1</sup>, 孟永东<sup>1</sup>, 朱 超<sup>1</sup>, 方金城<sup>2</sup>, 孔纲强<sup>1,2</sup> 螺旋式热源PCC能量桩桩身变形数值模拟研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904013 采用多场耦合软件,建立了螺旋式热源PCC能量桩数值分析模型,分析了温度、荷载、热源匝数、桩长、混凝土密度及混凝土弹性模量等因素对能量桩桩身应变分布的影响。研究结果表明:在无热源情况下,PCC能量桩桩身应变随着桩顶荷载的增大而增大,沿着桩身自上而下逐渐减小; 热源的存在会导致桩身应变由正变负,说明了温度因素的主导性; 桩身应变会随热源温度的升高而减小,在同一热源温度下相同位置处桩身应变均随着桩顶荷载的增加而增加; 设定在热源温度50.5 ℃和桩端顶面40 kN荷载条件下,热源匝数数量的减少会导致桩身应变的增大; 桩身应变随着桩长的不断减小而减小; 混凝土密度的减小使得桩身应变不断减小; 混凝土弹性模量减小导致桩身应变的增大。 2019年08月31 00:00 2019年04期 628 635 656618 高 磊<sup>1</sup>, 季保全<sup>1</sup>, 刘汉龙<sup>2</sup>, 陈育民<sup>1</sup>, 曹 阳<sup>3</sup> 基于改进G-函数的能量桩结构可靠性设计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904014 为优化能量桩施工前期设计工作,提高能量桩传热和承载特性效率,采用曲线拟合对能量桩G-函数进行改进,构造了包含桩身尺寸、岩土热物性等参数的响应函数,用Comsol数值模拟验证其正确性,并探讨了其随各因素变化的规律; 用Python软件编制MCS循环来计算不确定场地参数下设计方案的可靠度,汇总工程案例来验证设计模型的正确性,并利用上海某场地参数进行全面的设计步骤。结果表明:在改进G-函数的模型中,利用MCS循环计算可以充分考虑土性参数、桩身尺寸及理论模型的不确定性,给出最佳传热效果和承载特性的设计组合。 2019年08月31 00:00 2019年04期 636 644 986080 张培龙, 裴华富, 宋怀博, 白丽丽 基于离散元法的能源管传热过程模拟 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904015 采用自主研发的离散元软件MatDEM,依据能源管桩的现场热响应试验,提出了能源桩离散元数值模拟的建模方法,对能源管桩的热响应试验过程进行了模拟研究,得到了桩周土体的位移分布,桩芯和桩周土体的温度分布,通过与现场实测数据的对比,验证了利用离散元法研究能源桩换热性能的有效性,该方法在研究能源桩与土体的热-力学行为特征方面具有广阔的应用前景。 2019年08月31 00:00 2019年04期 645 650 1377574 桑宏伟, 张 丹, 刘 春, 秦 岩 循环温度荷载下管式能量桩荷载传递机理研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904016 基于模型试验方法,开展加热(制冷)工作模式下,实心和管式能量桩的热响应测试研究; 分析多次加热/制冷循环作用下两种能量桩的热力耦合特性,实测桩顶位移、桩身应变、以及桩侧摩阻力等变化规律,并对实际运行过程中实心和管式能量桩的承载特性进行初步讨论。研究结果表明,相同直径的管式能量桩换热效率高于实心能量桩,管式能量桩对加热循环的热响应要高于实心能量桩; 多次循环后,能量桩桩顶产生塑性沉降、桩身产生微小的塑性应变,桩侧摩阻力值增加。 2019年08月31 00:00 2019年04期 651 657 1464709 车 平<sup>1</sup>, 黄 旭<sup>2</sup>, 孔纲强<sup>2</sup> 考虑径向温度效应的能源桩荷载传递分析方法研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904017 针对能源桩受温度作用影响时的承载特性难以量化,提出考虑径向温度效应的荷载传递法对能源桩热-力耦合作用下的受力特性进行研究,评估温度变化对能源桩的影响,研究桩身轴力、桩侧摩阻力的分布状态,并以昆山能源桩的现场测试为依托,验证了本文方法的可行性。计算结果表明,温度作用对能源桩桩身应力应变状态有显著影响,当桩体受极限荷载与温度作用时,侧阻力发挥的作用几乎不大,在降温作用下能源桩桩顶会产生残余变形,因此在能源桩设计时应以降温作用时的沉降值为标准进行折减,考虑能源桩的设计承载力。 2019年08月31 00:00 2019年04期 658 664 499929 宗宸锋, 邵 东, 黄胤培, 吴 倩, 蒋 刚, 宋 著 冬季工况下微型钢管桩热力响应特性数值分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904018 结合微型钢管桩热力响应特性现场试验,基于数值模拟方法,研究了冬季工况下流速、布桩形式等因素对微型钢管能量桩热力响应特性的影响规律。研究结果表明:换热效率增幅随流速的增加成非线性增长且最终趋于稳定,就本项目微型钢管桩而言,最佳流速为0.51~0.77 m/s; 桩身轴向最大附加拉应力约为桩身混凝土抗拉强度设计值的53.8%,不会导致桩体破坏; 桩身轴向最大附加拉应力与温度改变之间的关系约为σ<sub>T</sub>=110ΔT。 2019年08月31 00:00 2019年04期 665 672690 1958310 徐 健<sup>1</sup>, 任连伟<sup>1</sup>, 马 艳<sup>2</sup>, 任军洋<sup>1</sup> 能源桩-土体接触力学特征试验装置的研发与应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904019 研发了能源桩-土界面特性测试仪,在测试仪中安装可控温钢筋混凝土模型桩,在桩周围填充各类土体,模拟不同地基中的能源桩。通过对土体施加一定的恒定竖向荷载模拟不同深度的土层。模型桩中安装有换热管,利用低温恒温水浴,通过循环液控制桩体的温度,模拟能源桩吸热、放热过程。利用铂电阻温度传感器测量桩和土体的温度; 利用安装在桩体表面上的微型土压力计测量桩-土界面的法向应力; 利用FBG准分布式光纤传感技术测量桩体的周向变形。以砂土地基为例,通过冷热循环试验,准确得到了桩温、土温、桩-土界面的法向应力和桩的周向变形,说明EPSICA可以用于揭示桩-土界面的接触力学特征,为能源桩的热、力学行为研究提供了新的手段。 2019年08月31 00:00 2019年04期 673 677 1034437 高雨龙,张 丹,吴冠中 含水率及温度影响非饱和土导热系数的试验研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904020 土体的导热系数是能源岩土工程设计与研究中重要的热物理参数。工程中土体常处于非饱和状态。非饱和土体的导热系数会影响地下结构物的力学性能、热交换效率以及整个热工结构的工作效率。为给能源岩土工程设计与研究提供可靠的热物理参数,通过室内单元试验测量了不同含水率和温度下砾砂、粉土和黏土的导热系数,研究这三种非饱和土体的导热系数与含水率、基质吸力和温度的关系。研究结果表明,三种非饱和土体的导热系数都随含水率的增加而增加,最后趋于稳定。砾砂导热系数增加的速率最快,粉土次之,黏土最小。相同含水率下,砾砂导热系数最大,粉土次之,黏土最小。粉土的导热系数与基质吸力密切相关,其关系曲线趋势近似土-水特征曲线。三种土体的导热系数均随温度的增加近似线性增加,但增加幅度仅为10<sup>-3</sup>级别,可忽略其影响。 2019年08月31 00:00 2019年04期 678 683 445531 唐盼盼<sup>1,2</sup>, 徐 洁<sup>1,2</sup>, 卢永洪<sup>1,2</sup> 相变能量桩段模型传热模拟 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201904021 针对能量桩体材料普通混凝土储热性能差问题,将相变材料引入普通混凝土中构建相变能量桩。利用简化能量桩段有限元数值模型模拟了普通能量桩与相变能量桩的传热过程,对比分析了两者的传热差异; 并通过添加不同质量分数相变材料,研究了添加量对能量桩桩体、桩周土传热的影响。研究结果表明:在换热管吸放热工况下,相变材料的添加可在相变温度区间内明显延缓桩体升降温速度; 相变材料的添加量越多,升降温延缓作用越明显; 能量桩中添加相变材料只对桩体的传热影响显著,对桩周土的温度场影响较小。 2019年08月31 00:00 2019年04期 684 690 3475520 白丽丽, 裴华富, 宋怀博, 张培龙