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