岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S2): 282-290.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1872

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

饱和粉土中相变能源桩热力响应模型试验研究

汤炀1, 2,刘干斌1,郑明飞2,史世雍2   

  1. 1. 宁波大学 岩土工程研究所,浙江 宁波 315211;2. 宁波宁大地基处理技术有限公司,浙江 宁波 315211
  • 收稿日期:2021-11-05 修回日期:2022-02-15 出版日期:2022-10-10 发布日期:2022-10-03
  • 通讯作者: 刘干斌,男,1976年生,博士,教授,主要从事软土地下结构的教学与科研工作。E-mail: liugb76@163.com E-mail:79967135@qq.com
  • 作者简介:汤炀,男,1994年生,硕士,助理工程师,主要从事能源桩方面的研究工作。
  • 基金资助:
    浙江省公益技术应用研究资助项目(No.LGF20E080012)

Model test on thermal response of phase change pile in saturated silt ground

TANG Yang1, 2, LIU Gan-bin1, ZHENG Ming-fei2, SHI Shi-yong2   

  1. 1. Institute of Geotechnical Engineering, Ningbo University, Ningbo, Zhejiang 315211, China; 2. Ningbo Ningda Foundation Treatment Technology Co., Ltd., Ningbo, Zhejiang 315211, China
  • Received:2021-11-05 Revised:2022-02-15 Online:2022-10-10 Published:2022-10-03
  • Supported by:
    This work was supported by the Applied Research of Commonweal Technology in Zhejiang Province (LGF20E080012).

摘要: 长期非稳态的桩土热交换使得桩周土温度不断上升,产生热堆积效应,影响桩土换热效率,甚至也可使能源桩系统失效。为此,利用复合相变材料制备了相变混凝土能源桩,并在饱和粉土中开展了相变桩和普通桩热力响应模型试验,对比研究了相变桩的桩周温度分布、桩身应力−应变、桩顶位移和桩身换热效率的变化规律。结果表明:相变桩土热交换方向以径向交换为主,影响区域在2D范围以内,土体温度变化表现出滞后效应;相变桩的桩土温度变化幅度小于普通桩,具有缓解桩周土体热堆积效应的作用;在温度循环过程中,相变桩体累积了不可恢复的塑性应变。经过多次温度循环后,相变桩比普通桩的塑性累积位移更小;在夏季工况相变桩换热功率比普通桩增长约20%,冬季工况两者换热功率基本一致,随着运行时间增加,两者换热效率趋同。

关键词: 饱和粉土, 相变材料, 能源桩, 热力响应, 模型试验

Abstract: The long-term unsteady heat exchange of pile-soil makes the temperature of soil increase continuously. This phenomenon is called “heat accumulation effect” which affects the heat transfer efficiency of pile and soil, even make the energy pile system failure. In this paper, the composite phase change material was used to prepare the phase change concrete energy pile, and the thermal response model tests of the phase change pile and the ordinary pile were carried out on saturated silt. The temperature distribution around the pile, the stress and strain of the pile, the displacement of the pile top and the heat exchange efficiency of the pile were compared and anaylzed. The results show that the heat exchange direction of the phase change pile is mainly of radial exchange, and the influence area is within 2D, and the temperature change of the soil shows hysteresis effect. The change range of pile-soil temperature of phase change pile is smaller than that of ordinary pile, which can alleviate the thermal accumulation effect of soil around pile. During the temperature cycle, the phase change pile accumulates unrecoverable plastic strain. After several temperature cycles, the plastic cumulative displacement of phase change pile is smaller than that of ordinary pile. The heat transfer power of phase change pile is about 20% higher than that of ordinary pile in summer. The heat transfer power of both piles is basically the same in winter, and with the increase of operation time, the heat exchange efficiency of both piles is similar.

Key words: saturated silt, phase change material, energy pile, thermal response, model test

中图分类号: 

  • TU473
[1] 刘斯宏, 沈超敏, 程德虎, 张呈斌, 毛航宇, . 土工袋加固膨胀土边坡降雨−日晒循环试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 35-42.
[2] 钟卫, 张 帅, 贺拿. 基于相对变形方法的桩后土拱模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 315-326.
[3] 罗维平, 袁大军, 金大龙, 陆平, 陈健, 郭海鹏, . 富水砂层盾构开挖面支护压力与地层变形关系 离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 345-354.
[4] 单治钢, 高上, 孙淼军, 陈雨雪, 李利平, 成帅, 周宗青, . 波浪作用下近海滑坡机制模型试验与 数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 541-552.
[5] 高磊, 韩川, 黄坚, 王洋, 周乐, . 基于BOTDR的能源桩现场试验与承载特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 117-126.
[6] 孟凡丽, 娄桢桢, 葛威, . 长期循环荷载下卸荷粉土动力特性的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 383-388.
[7] 刘博, 徐飞, 赵维刚, 高阳, . 隧道工程结构模型试验系统研究综述与展望[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 452-468.
[8] 王心博, 王路君, 朱斌, 王鹏, 袁思敏, 陈云敏, . 水合物储层伺服降压开采模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2360-2370.
[9] 邓波, 杨明辉, 王东星, 樊军伟, . 刚性挡墙后非饱和土破坏模式及主动土压力计算[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2371-2382.
[10] 韦超, 朱鸿鹄, 高宇新, 王静, 张巍, 施斌, . 地面塌陷分布式光纤感测模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2443-2456.
[11] 闫国强, 殷跃平, 黄波林, 胡雷, . 三峡库区顺层灰岩岸坡劣化−溃屈灾变机制研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2568-2580.
[12] 兰景岩, 蔡金豆, 吴连斌, 史庆旗, . 含隧道场地地震动放大效应的深度变化规律研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2083-2091.
[13] 柴源, 牛勇, 吕海波, . 水泥胶结钙质砂地层中单桩竖向承载特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2203-2212.
[14] 樊浩博, 周定坤, 刘勇, 宋玉香, 朱正国, 朱永全, 高新强, 郭佳奇, . 富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应特征研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1884-1898.
[15] 张雨坤, 秦廷辉, 李大勇, 王冲冲, . 分层土中裙式吸力基础吸力沉贯特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1317-1325.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 吴 琼,唐辉明,王亮清,林志红. 库水位升降联合降雨作用下库岸边坡中的浸润线研究[J]. , 2009, 30(10): 3025 -3031 .
[2] 王 威,王水林,汤 华,周平根. 基于三维GIS的滑坡灾害监测预警系统及应用[J]. , 2009, 30(11): 3379 -3385 .
[3] 刘 晓,唐辉明,刘 瑜. 基于集对分析和模糊马尔可夫链的滑坡变形预测新方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3399 -3405 .
[4] 高 玮. 基于蚁群聚类算法的岩石边坡稳定性分析[J]. , 2009, 30(11): 3476 -3480 .
[5] 施锡林,李银平,杨春和,屈丹安,马洪岭. 盐穴储气库水溶造腔夹层垮塌力学机制研究[J]. , 2009, 30(12): 3615 -3620 .
[6] 和法国,谌文武,韩文峰,张景科. 高分子材料SH固沙性能与微结构相关性研究[J]. , 2009, 30(12): 3803 -3807 .
[7] 齐吉琳,马 巍. 冻土的力学性质及研究现状[J]. , 2010, 31(1): 133 -143 .
[8] 高 千,王 靖,杨志法,张路青,祝介旺,郑 舰,傅 燕. 龙游石窟1~3号洞室稳定性分析及安全通道路线的选择[J]. , 2009, 30(9): 2713 -2721 .
[9] 吕颖慧,刘泉声,江 浩. 基于高应力下花岗岩卸荷试验的力学变形特性研究[J]. , 2010, 31(2): 337 -344 .
[10] 陈明祥,汪碧飞. 基于内变量和张量函数表示定理的本构方程[J]. , 2010, 31(2): 397 -402 .