温度循环下能量群桩的热-力学特性数值分析

以黏土地基中能量群桩作为研究对象,针对能量桩-筏基础建立了简化的二维热-渗流-力(THM)耦合有限元模型,模拟分析了力学荷载与长期冷-热循环共同作用下能量群桩的热-力学特性。研究结果表明:桩头沉降、桩身轴向应力、地基土的温度和超静孔压均随温度循环呈周期性变化。桩头的沉降累积主要发生在第1个温度循环中,边桩桩头累计沉降最大,内部桩头的累积沉降较小。边桩轴向压应力的幅值远大于中心桩。在温度循环中各相邻桩间土的温度相同,筏板外地基土的温度较之桩间土要小得多。温度循环下地基土产生超静孔隙水压力。桩升温时桩间土中的超静孔压沿深度逐渐减小,而筏板外地基土的超静孔压小于桩间土。能量群桩的群桩效应减小了温度循环引起的桩身轴向应力和筏板的差异沉降。

能量桩群桩数值模拟及热-力响应分析

针对多场耦合、环境复杂条件下能量桩群桩受力机理难以探究的问题,以某工程实例为原型,基于ANSYS Workbench软件,采用有限元数值模拟方法研究2种工况下能量桩群桩的温度分布情况及热力学特性.结果表明:换热稳定之后,并联双U型管之间以及群桩各桩之间都存在热干扰现象;夏季工况下温度的影响范围较冬季工况的广.夏季工况下,桩体温度升高引起附加轴向压应力、上部桩身附加负摩阻力及桩顶隆起;冬季工况下,桩体温度降低引起附加轴向拉应力、上部桩身附加正摩阻力及桩顶下沉.

能量桩群桩工作特性简化分析方法研究

采用双曲线模型模拟桩土界面上的力学行为,利用剪切位移法反映剪应力在土层中的传递,考虑群桩之间的相互作用,建立了热-力耦合作用下能量桩群桩基础工作特性的简化分析方法。该方法能反映桩土界面上的非线性、桩顶的约束条件和能量桩位置的影响,可直接计算所有桩的位移和轴力。与现有方法相比,计算得到的双桩相互作用因子更加合理。通过与文献中试验数据的对比表明,若只有局部桩经历温度变化,能量桩运行过程中各桩之间存在差异变形,基础出现倾斜,桩顶荷载发生重分布。所建立方法计算方便,能合理模拟能量桩群桩基础的主要工作特性,可用于大规模能量桩群桩基础的设计计算。