本書闡述了作者在能量樁技術理論與應用方面的探索，創新發展了傳統樁基礎與淺層地熱能高效利用相結合的能量樁技術，并將其成功應用于高海拔地區橋墩混凝土抗裂、主動式橋面工程除冰融雪、建筑制冷/供暖等領域。本書匯集了作者及其創新團隊近年來在該領域的主要研究成果，是一部反映該技術研究成果和發展概況的專著。
國際土力學與巖土工程學會（ISSMGE）堤壩工程減災與修復委員會（TC303）主席
國際土力學與巖土工程學會（ISSMGE）陸域吹填造地技術委員會（TC217）委員
中國巖石力學與工程學會常務理事兼環境巖土工程分會理事長
目錄
序一
序二
前言
符號表
第1章 緒論 1
1.1 淺層地熱能開發與利用1
1.2 地源熱泵系統 3
1.3 能量樁技術及國內外研究現狀 4
1.3.1 土體熱力學特性及能量樁—土界面熱力學特性 5
1.3.2 能量樁傳熱性能 7
1.3.3 能量樁熱力響應特性 9
1.4 本書研究內容 11
第2章 土體熱力學特性及熱本構模型 13
2.1 概述 13
2.2 溫控三軸試驗簡介 13
2.3 砂土強度與變形特性溫度效應 14
2.3.1 試驗方案 16
2.3.2 軸向變形特性 17
2.3.3 體積熱變形特性 19
2.3.4 熱膨脹系數隨有效應力的變化規律 23
2.3.5 應力—應變特性 24
2.3.6 峰值狀態隨溫度的變化規律 27
2.3.7 臨界狀態隨溫度的變化規律 31
2.4 黏土強度與變形特性溫度效應 37
2.4.1 試驗方案 37
2.4.2 正常固結黏土熱致體積變化 38
2.4.3 溫度對正常固結黏土剪切過程的影響 39
2.4.4 超固結黏土熱致體積變化 42
2.4.5 溫度對超固結黏土剪切過程的影響 43
2.4.6 溫度梯度對黏土強度和剛度的影響 45
2.4.7 考慮溫度影響的非關聯彈塑性飽和黏土本構模型 47
2.5 本章小結 55
第3章 能量樁—土界面熱力學特性 57
3.1 概述 57
3.2 能量樁—土溫控界面儀的研制與驗證 57
3.2.1 儀器研制 57
3.2.2 溫控系統性能驗證 60
3.2.3 力學加載性能驗證 61
3.3 能量樁—砂土界面特性試驗 65
3.3.1 單向溫度對樁—砂土界面力學特性的影響 65
3.3.2 循環溫度對樁—砂土界面力學特性的影響 72
3.4 能量樁—黏土界面特性試驗 78
3.4.1 單向溫度對樁—黏土界面力學特性的影響 79
3.4.2 循環溫度對樁—黏土界面力學特性的影響 83
3.5 能量樁—土界面溫度—樁頂位移關系 87
3.5.1 降溫循環階段 87
3.5.2 升溫循環階段 97
3.6 本章小結 104
第4章 能量樁單樁換熱效率及熱力響應特性 105
4.1 概述 105
4.2 砂土地基中的能量樁105
4.2.1 模型試驗方案 105
4.2.2 試驗結果與分析 107
4.3 黏土地基中的能量樁114
4.3.1 現場和模型試驗方案 114
4.3.2 數值模型的建立與驗證 119
4.3.3 研究結果與分析 132
4.4 本章小結 147
第5章 能量樁群樁換熱性能及熱力響應特性 148
5.1 概述 148
5.2 砂土地基中的能量樁群樁 148
5.2.1 模型試驗方案 148
5.2.2 試驗結果與分析 154
5.3 黏土地基中的能量樁群樁 163
5.3.1 現場試驗方案 163
5.3.2 試驗結果與分析 165
5.4 本章小結 175
第6章 能量樁換熱效率及熱力響應特性承臺效應 176
6.1 概述 176
6.2 能量樁排樁承臺效應176
6.2.1 研究方案 176
6.2.2 研究結果與分析 180
6.3 無埋深條件下能量樁群樁承臺效應 189
6.3.1 現場試驗方案 189
6.3.2 試驗結果與分析 194
6.4 埋深條件下能量樁群樁承臺效應 200
6.4.1 現場試驗方案 200
6.4.2 試驗結果與分析 201
6.5 本章小結 208
第7章 能量樁埋管技術與工藝 210
7.1 概述 210
7.2 既有能量樁埋管形式 210
7.3 基于灌注樁的能量樁埋管技術與工藝 211
7.3.1 封底式PCC能量樁 211
7.3.2 鋼筋籠內埋管式能量樁 213
7.4 基于預應力管樁的能量樁埋管技術與工藝 214
7.4.1 預埋管式能量樁（不封底PCC能量樁） 214
7.4.2 沉樁與埋管一體化工藝 216
7.5 PCC能量樁的換熱性能及熱力響應特性 217
7.5.1 研究方案 217
7.5.2 PCC能量樁換熱性能 218
7.5.3 PCC能量樁熱力響應特性 226
7.6 本章小結 231
第8章 能量樁工程應用 232
8.1 概述 232
8.2 能量樁橋面除冰融雪232
8.2.1 工程背景 232
8.2.2 橋面除冰融雪能源需求計算 233
8.2.3 橋面除冰融雪系統設計與施工 236
8.2.4 應用效果與分析 239
8.3 能量樁橋墩混凝土溫度控制 241
8.3.1 工程背景 241
8.3.2 橋墩溫度調控系統設計與施工 243
8.3.3 應用效果與分析 247
8.4 能量樁建筑供暖/制冷 248
8.4.1 工程背景 248
8.4.2 建筑能源需求計算 249
8.4.3 能量樁熱泵系統設計與計算 252
8.4.4 應用效果與分析 256
8.5 能量樁綜合能源站技術 260
8.6 本章小結 261
主要參考文獻 263
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