本项目围绕热排水固结法的作用机理及加固效果开展试验、理论和数值研究，首先从温度对土的粘滞性、渗透性影响出发，阐明了热排水固结法的可行性；对不同温度作用下土(正常固结和超固结土OCR，不同加载条件和应力路径)的变形、强度开展了系统的研究，获得了温度对土体变形和强度有较大改善的结果；进而开展了多组模型试验，包括单井、群井条件，不同温度作用，并与常温条件下的工况进行了对比，揭示了温度对软基处理具有明显的作用效果，可以加速水的排除，缩短软基处理时间，提高土的强度，减小工后沉降；最后，通过建立考虑温度影响的非线弹性本构、考虑先期固结压和应力路径影响的热弹塑性本构模型，并以三轴试样、模型试验为原型开展数值计算，获得不同温度、耦合与不耦合模型对热排水固结软基处理结果的影响。结合研究计划执行情况，本项目基本完成了各项研究目标，从理论、试验和机理上较好地阐明了热排水结法机理，为热排水结法的实际应用提供了理论依据。 2100433B

热排水固结法是一项新型的、非常有潜力的软基处理技术，在温度、应力和渗流复杂加载条件下，热排水固结作用机理、加固效果评价和设计参数优化等是亟待解决的关键科学问题。为此，本项目采用室内试验、模型试验、理论建模和数值模拟相结合的方法，对竖井涂抹区和未扰动区土体开展热渗透、热变形和热应力路径试验，定量地分析热渗透、热硬化、热软化等温度效应及其演化规律，揭示热排水固结法作用机理。其次，开展热排水固结与排水固结模型试验，评价热排水固结法的有效性及其加固效果。在此基础上，建立黏性土应力路径热弹塑性本构方程和数值计算模型，对热排水固结试验模型进行数值模拟，并与模型试验结果相互验证，进而优化热排水固结法设计参数，提出相应的技术措施。研究成果一方面可揭示复杂环境条件下软土的力学特性，发展多物理场土力学，促进学科交叉，另一方面为我国软土地区热排水固结法的设计和应用提供重要的科学和技术支撑。

热交换桩技术是与桩基工程协同施工的、新的建筑节能技术。在长期热循环作用下，桩土力学特性、界面荷载传递及作用机理等是亟待解决的关键科学问题。为此，本项目采用室内试验、模型试验、理论建模和数值模拟相结合的方法，首先对桩周土开展热排水三轴剪切试验、热固结试验，定量地揭示温度对土的强度、固结和应变累积特性的影响，判定土的热硬化或软化规律；其次采用模型试验方法，开展不同温度增量及循环加热/卸热作用下的桩基静载荷试验及测试，揭示热交换桩的长期热循环作用机理；在此基础上，建立桩土界面剪应力-位移模型及桩土系统数值模型，将计算结果与模型试验结果相互验证，评价长期热循环效应对桩基承载力的影响，进而优化热交换桩的设计计算，提出相应的技术措施。本项目一方面旨在揭示复杂环境条件对热交换桩基础工程特性的影响，促进学科交叉，另一方面为热交换桩基础的优化设计提供必要的科学依据和技术支撑。

本项目围绕热交换桩，采用室内试验、模型试验、理论和数值方法，开展了长期热循环下桩土力学特性及作用机理研究。首先采用温控静动三轴仪，开展了不同温度（25℃、45℃和65℃）、不同围压（100kPa、150kPa、200kPa）及先加温后剪切、先剪切后加温条件下宁波软黏土的热力学特性，分析了温度对土的应力~应变及抗剪强度等指标的影响。其次，研制了大型温控固结仪，开展了循环温度下土的固结试验，获得土的e~p、e~logp曲线及压缩系数等指标；在广义三元件模型、西原模型基础上，引入考虑温度影响的元件参数，建立了耦合温度的三元件流变模型和西原模型，探讨了的热流变固结性状。第三，以宁波软黏土为对象，开展预制热交换桩桩-土模型试验，研究了温度对桩身轴力、桩侧摩阻力、桩顶位移、桩身应力应变、土体孔压、地表沉降等的影响规律，揭示了长期热循环作用对桩基承载特性的影响。最后，考虑能源桩桩土界面法向温度应力增量对初始剪切刚度的影响，对传统桩土界面荷载传递双曲线模型进行修正，建立了考虑温度影响的桩土界面荷载传递模型，分析了温度对能源桩侧摩阻力的影响；并基于上负荷面、tij和温度等价应力概念，提出了可考虑超固结比、结构性、温度效应和中间主应力的黏土热弹塑性本构模型，并进行二次开发，在Abaqus程序中开展热交换桩基承载特性数值模拟，计算获得不加热(室温30℃)、加热至45℃(60℃)、先加热至45℃(60℃)再自然降温至30℃、先加热至45℃再自然降温至30℃(进行两次循环加热)六种工况及30℃→45℃→30℃(两次循环)工况下桩土温度、应力、孔压时程曲线，荷载沉降、桩侧阻力、桩身轴力，进一步阐明长期热循环作用对桩基承载特性的影响机理；利用有限元模型，计算分析了长期热循环作用下热交换桩有承载力特性，评价了长期热循环作用对热交换桩基础承载力设计的影响，并提出了长期热循环作用下桩端和桩侧后注浆对热交换桩附加沉降的控制措施。 2100433B