【摘要】：建筑采暖和制冷約占我國(guó)總能耗的10%以上,且現(xiàn)階段使用的能源以化石燃料為主,會(huì)造成一系列的環(huán)境問(wèn)題。淺層地?zé)崮茏鳛橐环N可再生能源,可替代大量化石燃料在建筑采暖和制冷中的使用,而摩擦型能源樁作為一種較為理想的淺層地?zé)崮芾眯问?具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,許多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明樁-土界面的溫度變化會(huì)對(duì)能源樁承載特性造成影響。因此,明晰溫度作用對(duì)能源樁樁-土界面摩擦性狀的影響對(duì)其推廣與運(yùn)用具有重要意義。本文采用細(xì)石混凝土界面作為樁界面,高嶺土界面作為土界面,進(jìn)行了不同正應(yīng)力下的樁-土界面直剪試驗(yàn),研究了不同界面溫度和不同界面溫度循環(huán)模式(包括循環(huán)次數(shù)、循環(huán)溫差和循環(huán)路徑)對(duì)能源樁樁-土界面摩擦性狀的影響。同時(shí),依托溫控直剪試驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析不同入水口溫度和不同溫度循環(huán)工況對(duì)能源樁單樁承載力的影響。主要工作和研究成果如下:(1)系統(tǒng)地總結(jié)了已有直剪試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)與不足,并根據(jù)已有試驗(yàn)儀器的不足,自行研制一臺(tái)具有直剪剪切面積恒定和控制剪切面溫度功能的等應(yīng)變溫控直剪試驗(yàn)儀。(2)通過(guò)溫控直剪試驗(yàn)研究了溫度對(duì)能源樁樁-土界面摩擦性狀的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:界面溫度變化后,其抗剪強(qiáng)度隨溫度的變化規(guī)律呈正相關(guān)趨勢(shì),界面溫度為10、20、30、40、50℃時(shí),對(duì)應(yīng)摩擦角為12.93°、13.97°、14.42°、15.22°和16.07°,而界面的粘聚力存在一個(gè)極值,界面溫度升高或者降低都會(huì)使其粘聚力減小;(3)通過(guò)溫控直剪試驗(yàn)研究了溫度循環(huán)模式對(duì)能源樁樁-土界面摩擦性狀的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:樁-土界面經(jīng)歷不同次數(shù)的溫度循環(huán)后,其抗剪強(qiáng)度會(huì)隨著溫度循環(huán)次數(shù)的增加而減小,經(jīng)歷1-3次溫度循環(huán)后,摩擦角相對(duì)初始溫度分別減小了2.27%、4.68%和5.46%,粘聚力分別減小了11.61%、16.12%、18.31%;樁-土界面經(jīng)歷不同溫差的溫度循環(huán)后抗剪強(qiáng)度隨溫差的增大而減小,經(jīng)歷5、10、20℃溫差的溫度循環(huán)后,摩擦角相對(duì)初始溫度分別減小了1.49%、2.27%和4.11%,粘聚力分別減小了4.10%、11.61%和31.14%;樁-土界面經(jīng)歷不同溫度循環(huán)路徑后,界面的粘聚力隨著溫度應(yīng)力路徑的增加而減小。(4)采用有限元模擬軟件COMSOL得到了能源樁在工作過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布,取溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)(第60天)的樁-土界面溫度,通過(guò)線性分段函數(shù)擬合得到界面溫度隨深度變化公式。將試驗(yàn)結(jié)果與公式導(dǎo)入ABAQUS中,計(jì)算得到軟土地區(qū)能源樁在入水口溫度不同和循環(huán)溫度不同工況下的荷載沉降曲線。數(shù)值模擬結(jié)果表明:入水口溫度由初始溫度下降20、10℃以及上升10、20、30℃時(shí),其極限承載力分別變化了-5.85%、-1.33%、2.02%、3.86%、5.26%;樁-土界面經(jīng)歷1-3次的溫度循環(huán)后,其極限承載力分別減小了1.45%、2.74%、3.28%;樁-土界面經(jīng)歷5、10和20℃的溫度循環(huán)后,其極限承載力分別減小了0.75%、1.45%、2.48%。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU473.1;TU83
【圖文】：

第一章 緒 論背景及意義國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題日漸突的主要原因在于巨大的能耗以及不合理的能源分配。據(jù)國(guó)前我國(guó)建筑能耗約占全社會(huì)總能耗的 1/3，而采暖和制冷占呈上升趨勢(shì)。我國(guó)現(xiàn)階段能源消費(fèi)主要以煤炭等礦物燃料為占能源消費(fèi)總量的 63 %，而可再生能源僅占能源消費(fèi)總量1-1 所示），煤炭的開(kāi)采及使用會(huì)造成地下水的污染、氣體和放等一系列嚴(yán)重的環(huán)境污染[2-4]。“十三五”能源規(guī)劃大力倡及改善水、大氣等環(huán)境污染的可再生能源的發(fā)展和利用[5]。天然氣 8%水能 8% 核能 1%可再生能源 2%

（b）圖：（a）某地地表和距地表 15 米處地層年平均溫度圖（化圖（Brandl[10]，2006）perature profile：(a) The average annual temperature chand 15 meters from the surface, and (b) Temperature versusBrandl[10]統(tǒng)（Ground-source heat pump system）是以巖土體由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑內(nèi)系統(tǒng)組 所示。根據(jù)能源的來(lái)源分為土壤源地源熱泵系統(tǒng)、和海水源地源熱泵系統(tǒng)以及污水源地源熱泵系統(tǒng)。等介質(zhì)四季溫度較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，能夠有效的利用冷，從而實(shí)現(xiàn)降低建筑能耗和保護(hù)環(huán)境的目的，具目前正被世界各國(guó)廣泛推廣應(yīng)用[12-14]。在鉆孔成本高，換熱效率低，鉆孔的回填質(zhì)量難以

4圖 1-5 能源樁工作示意圖Figure 1-5. Schematic diagram of energy pile以下四大優(yōu)點(diǎn)：利用率高。源（煤、石油等）為建筑進(jìn)行制熱、制冷時(shí)，能源能源樁供熱制冷時(shí)可將能源的利用效率提升至 400 空間利用率高。了“一樁兩用”，將熱交換裝置埋入建筑樁基，無(wú)需的使用。性和換熱性好[17]。

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本文編號(hào)：2806156