《長期熱循環下樁土力學特性及作用機理研究》是依託寧波大學，由劉乾斌擔任負責人的國家自然科學基金資助面上項目。
基本介紹
- 中文名：長期熱循環下樁土力學特性及作用機理研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：劉乾斌
- 項目類別：面上項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
熱交換樁技術是與樁基工程協同施工的、新的建築節能技術。在長期熱循環作用下，樁土力學特性、界面荷載傳遞及作用機理等是亟待解決的關鍵科學問題。為此，本項目採用室內試驗、模型試驗、理論建模和數值模擬相結合的方法，首先對樁周土開展熱排水三軸剪下試驗、熱固結試驗，定量地揭示溫度對土的強度、固結和應變累積特性的影響，判定土的熱硬化或軟化規律；其次採用模型試驗方法，開展不同溫度增量及循環加熱/卸熱作用下的樁基靜載荷試驗及測試，揭示熱交換樁的長期熱循環作用機理；在此基礎上，建立樁土界面剪應力-位移模型及樁土系統數值模型，將計算結果與模型試驗結果相互驗證，評價長期熱循環效應對樁基承載力的影響，進而最佳化熱交換樁的設計計算，提出相應的技術措施。本項目一方面旨在揭示複雜環境條件對熱交換樁基礎工程特性的影響，促進學科交叉，另一方面為熱交換樁基礎的最佳化設計提供必要的科學依據和技術支撐。
結題摘要
本項目圍繞熱交換樁，採用室內試驗、模型試驗、理論和數值方法，開展了長期熱循環下樁土力學特性及作用機理研究。首先採用溫控靜動三軸儀，開展了不同溫度（25℃、45℃和65℃）、不同圍壓（100kPa、150kPa、200kPa）及先加溫後剪下、先剪下後加溫條件下寧波軟黏土的熱力學特性，分析了溫度對土的應力~應變及抗剪強度等指標的影響。其次，研製了大型溫控固結儀，開展了循環溫度下土的固結試驗，獲得土的e~p、e~logp曲線及壓縮係數等指標；在廣義三元件模型、西原模型基礎上，引入考慮溫度影響的元件參數，建立了耦合溫度的三元件流變模型和西原模型，探討了的熱流變固結性狀。第三，以寧波軟黏土為對象，開展預製熱交換樁樁-土模型試驗，研究了溫度對樁身軸力、樁側摩阻力、樁頂位移、樁身應力應變、土體孔壓、地表沉降等的影響規律，揭示了長期熱循環作用對樁基承載特性的影響。最後，考慮能源樁樁土界面法向溫度應力增量對初始剪下剛度的影響，對傳統樁土界面荷載傳遞雙曲線模型進行修正，建立了考慮溫度影響的樁土界面荷載傳遞模型，分析了溫度對能源樁側摩阻力的影響；並基於上負荷面、tij和溫度等價應力概念，提出了可考慮超固結比、結構性、溫度效應和中間主應力的黏土熱彈塑性本構模型，並進行二次開發，在Abaqus程式中開展熱交換樁基承載特性數值模擬，計算獲得不加熱(室溫30℃)、加熱至45℃(60℃)、先加熱至45℃(60℃)再自然降溫至30℃、先加熱至45℃再自然降溫至30℃(進行兩次循環加熱)六種工況及30℃→45℃→30℃(兩次循環)工況下樁土溫度、應力、孔壓時程曲線，荷載沉降、樁側阻力、樁身軸力，進一步闡明長期熱循環作用對樁基承載特性的影響機理；利用有限元模型，計算分析了長期熱循環作用下熱交換樁有承載力特性，評價了長期熱循環作用對熱交換樁基礎承載力設計的影響，並提出了長期熱循環作用下樁端和樁側後注漿對熱交換樁附加沉降的控制措施。
