本书阐述了作者在能量桩技术理论与应用方面的探索，创新发展了传统桩基础与浅层地热能高效利用相结合的能量桩技术，并将其成功应用于高海拔地区桥墩混凝土抗裂、主动式桥面工程除冰融雪、建筑制冷/供暖等领域。本书汇集了作者及其创新团队近年来在该领域的主要研究成果，是一部反映该技术研究成果和发展概况的专著。
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国际土力学与岩土工程学会（ISSMGE）堤坝工程减灾与修复委员会（TC303）主席
国际土力学与岩土工程学会（ISSMGE）陆域吹填造地技术委员会（TC217）委员
中国岩石力学与工程学会常务理事兼环境岩土工程分会理事长
目录
序一
序二
前言
符号表
第1章 绪论 1
1.1 浅层地热能开发与利用1
1.2 地源热泵系统 3
1.3 能量桩技术及国内外研究现状 4
1.3.1 土体热力学特性及能量桩—土界面热力学特性 5
1.3.2 能量桩传热性能 7
1.3.3 能量桩热力响应特性 9
1.4 本书研究内容 11
第2章 土体热力学特性及热本构模型 13
2.1 概述 13
2.2 温控三轴试验简介 13
2.3 砂土强度与变形特性温度效应 14
2.3.1 试验方案 16
2.3.2 轴向变形特性 17
2.3.3 体积热变形特性 19
2.3.4 热膨胀系数随有效应力的变化规律 23
2.3.5 应力—应变特性 24
2.3.6 峰值状态随温度的变化规律 27
2.3.7 临界状态随温度的变化规律 31
2.4 黏土强度与变形特性温度效应 37
2.4.1 试验方案 37
2.4.2 正常固结黏土热致体积变化 38
2.4.3 温度对正常固结黏土剪切过程的影响 39
2.4.4 超固结黏土热致体积变化 42
2.4.5 温度对超固结黏土剪切过程的影响 43
2.4.6 温度梯度对黏土强度和刚度的影响 45
2.4.7 考虑温度影响的非关联弹塑性饱和黏土本构模型 47
2.5 本章小结 55
第3章 能量桩—土界面热力学特性 57
3.1 概述 57
3.2 能量桩—土温控界面仪的研制与验证 57
3.2.1 仪器研制 57
3.2.2 温控系统性能验证 60
3.2.3 力学加载性能验证 61
3.3 能量桩—砂土界面特性试验 65
3.3.1 单向温度对桩—砂土界面力学特性的影响 65
3.3.2 循环温度对桩—砂土界面力学特性的影响 72
3.4 能量桩—黏土界面特性试验 78
3.4.1 单向温度对桩—黏土界面力学特性的影响 79
3.4.2 循环温度对桩—黏土界面力学特性的影响 83
3.5 能量桩—土界面温度—桩顶位移关系 87
3.5.1 降温循环阶段 87
3.5.2 升温循环阶段 97
3.6 本章小结 104
第4章 能量桩单桩换热效率及热力响应特性 105
4.1 概述 105
4.2 砂土地基中的能量桩105
4.2.1 模型试验方案 105
4.2.2 试验结果与分析 107
4.3 黏土地基中的能量桩114
4.3.1 现场和模型试验方案 114
4.3.2 数值模型的建立与验证 119
4.3.3 研究结果与分析 132
4.4 本章小结 147
第5章 能量桩群桩换热性能及热力响应特性 148
5.1 概述 148
5.2 砂土地基中的能量桩群桩 148
5.2.1 模型试验方案 148
5.2.2 试验结果与分析 154
5.3 黏土地基中的能量桩群桩 163
5.3.1 现场试验方案 163
5.3.2 试验结果与分析 165
5.4 本章小结 175
第6章 能量桩换热效率及热力响应特性承台效应 176
6.1 概述 176
6.2 能量桩排桩承台效应176
6.2.1 研究方案 176
6.2.2 研究结果与分析 180
6.3 无埋深条件下能量桩群桩承台效应 189
6.3.1 现场试验方案 189
6.3.2 试验结果与分析 194
6.4 埋深条件下能量桩群桩承台效应 200
6.4.1 现场试验方案 200
6.4.2 试验结果与分析 201
6.5 本章小结 208
第7章 能量桩埋管技术与工艺 210
7.1 概述 210
7.2 既有能量桩埋管形式 210
7.3 基于灌注桩的能量桩埋管技术与工艺 211
7.3.1 封底式PCC能量桩 211
7.3.2 钢筋笼内埋管式能量桩 213
7.4 基于预应力管桩的能量桩埋管技术与工艺 214
7.4.1 预埋管式能量桩（不封底PCC能量桩） 214
7.4.2 沉桩与埋管一体化工艺 216
7.5 PCC能量桩的换热性能及热力响应特性 217
7.5.1 研究方案 217
7.5.2 PCC能量桩换热性能 218
7.5.3 PCC能量桩热力响应特性 226
7.6 本章小结 231
第8章 能量桩工程应用 232
8.1 概述 232
8.2 能量桩桥面除冰融雪232
8.2.1 工程背景 232
8.2.2 桥面除冰融雪能源需求计算 233
8.2.3 桥面除冰融雪系统设计与施工 236
8.2.4 应用效果与分析 239
8.3 能量桩桥墩混凝土温度控制 241
8.3.1 工程背景 241
8.3.2 桥墩温度调控系统设计与施工 243
8.3.3 应用效果与分析 247
8.4 能量桩建筑供暖/制冷 248
8.4.1 工程背景 248
8.4.2 建筑能源需求计算 249
8.4.3 能量桩热泵系统设计与计算 252
8.4.4 应用效果与分析 256
8.5 能量桩综合能源站技术 260
8.6 本章小结 261
主要参考文献 263
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