[发明专利]一种能量桩群桩温度-变形测量透明土试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种能量桩群桩温度‑变形测量透明土试验装置及其试验方法，该装置包括光学平台、升降支架和透明模型槽，端承槽固定在模型槽内，模型槽内填有透明土，模型桩埋入透明土中并与模型槽对应，承台于群桩连接。红外热成像仪、CCD工业相机及激光发射器均滑动连接在升降支架上，布置于模型槽的四周，模型槽的正上方也布置红外热成像仪。本发明装置操作简便，经济可行，是一种具有较强创新性的能量桩群桩试验装置。试验装置可以模拟端承桩‑群桩低承台、端承桩‑群桩高承台、摩擦桩‑群桩高承台、摩擦桩‑群桩低承台四种工程状况，并实现对桩‑土温度场和位移场的全覆盖监测，为能量桩群桩基础热力学特性的研究提供参考。

技术领域

本发明涉及土木建筑工程领域，具体涉及一种能量桩群桩温度-变形测量透明土试验装置及其试验方法。

背景技术

随着我国的快速城镇化进程，建筑业规模不断扩大，建筑能耗所占的比例也持续增长。而暖通空调系统在建筑能耗中所占的比例极大，因此开发新能源技术，降低暖通空调系统能耗成为降低建筑能耗的关键。地热能作为一种清洁可再生能源，可以有效提高非化石能源比重，降低传统空调能耗。

地热能的开发主要基于传统的地源热泵技术，即将空调系统中的冷凝器或蒸发器直接埋入地下与大地进行热交换，或者通过水之类的中间介质在封闭环路中的循环流动完成与大地的热交换。但该项工程技术需要占用较大的地下空间，而随着我国可利用土地面积的减少，工程技术人员正在改进这一技术，提出了一种能量桩技术方案。

能量桩是一种新型的桩基础，将换热管直接埋设在建筑物混凝土桩基中，通过热交换液，利用土体温度与冬夏两季较大的反向温差，实现土体与上部建筑结构的热交换，获取地热能。既能减少污染排放，又能充分利用能源。但能量桩群桩基础在与周围土体进行热交换的同时，会对周围的桩体产生影响，包括温度场与位移场的叠加，桩顶变形相互制约，荷载重新分配等。

但目前能量桩的群桩模型试验不能较好的实现对桩-土温度场和位移场的全覆盖监测，桩型多为端承-摩擦桩，不能较好的模拟工程实况。因此，采用一种新的测试系统，对温度循环及竖向荷载下能量桩群桩的热力学特性进行研究就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量桩群桩温度-变形测量透明土试验装置及其试验方法，以解决现有技术存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种能量桩群桩温度-变形测量透明土试验装置，包括光学平台、透明模型槽和端承槽。

所述光学平台上安装有透明模型槽和四个升降支架，透明模型槽为上端开口的矩形槽，四个升降支架分别位于透明模型槽的四侧。所述透明模型槽的正上方安装有红外热成像仪。

每个所述升降支架上均滑动连接有红外热成像仪、激光发射器和CCD工业相机，红外热成像仪位于激光发射器上方，CCD工业相机位于激光发射器下方。

所述透明模型槽的底部固定有若干端承槽，端承槽包括盖板、柔性弹簧和桩模，桩模为竖直的筒状结构，桩模的内壁涂有防水凡士林。

工作状态Ⅰ时，所述柔性弹簧安装到桩模内。

工作状态Ⅱ时，所述盖板封盖在桩模上。

每个端承槽上端均设置有模型桩，所述模型桩上设置有与其同轴的孔洞Ⅰ，孔洞Ⅰ贯穿模型桩的上端面。

若干所述模型桩的上端与承台连接，承台与每个模型桩的连接处均设置有贯穿其上下表面的孔洞Ⅱ，孔洞Ⅱ与孔洞Ⅰ连通。所述孔洞Ⅰ和孔洞Ⅱ内注满水。

所述透明模型槽内填充有透明土，承台位于透明土上方。

进一步，所述透明土包括折射率一致的透明液体和透明固体颗粒，透明液体和透明固体颗粒分层交替填入透明模型槽。

进一步，升降支架上设置有竖直的滑杆，红外热成像仪、激光发射器和CCD工业相机滑动连接在滑杆上。