能量桩作为一种新型地源热泵技术,通过在桩基中埋设换热管,利用桩体作为换热器与桩周岩土体进行热交换,从而达到为上部建筑物供暖和制冷的目的。已有的研究多是针对能量桩的传热特性以及单一因素影响下的热响应过程,而对复杂因素影响下桩体热-力耦合响应研究还较少。因此本文设计了一套能量桩模型试验系统,并考虑不同饱和度、不同约束状态、不同升温幅值和不同升温速率对能量桩热-力耦合效应的影响,分析了桩体温度、应力-应变、侧摩阻力和侧土压力的变化规律,及桩周土热传导和孔隙水压力发展过程,并揭示其物理力学机制。本文首先开展了饱和土中能量桩热-力耦合模型试验。试验结果表明,温度循环导致桩体不同深度的热应力发展趋势不同,土体的热固结效应以及桩-土界面的滑移累积导致桩体上部和下部的热应力随着温度循环次数的增加呈先增大后减小的趋势,而桩体中部热应力则整体呈减小趋势。桩侧摩阻力也随温度循环次数呈非线性变化,多次热循环结束时桩侧摩阻力较第一次循环小,多次冷循环结束时桩侧摩阻力较第一次循环大。随着循环的进行桩周土超静孔压逐渐降低,循环结束时可观察到负孔压累积,而桩侧及桩底土压力增量则随温度循环出现正向累积。同时,本文也开展了非饱和土中能量桩热-力耦合模型试验,充分考虑不同约束状态、升温幅值和升温速率等因素的影响。试验结果表明:（1）非饱和土中能量桩的热应力总体低于饱和土中能量桩,且桩身热应力随温度循环的变化规律也有所差异;（2）有上部荷载能量桩相较于无上部荷载桩产生更大的热致轴力和更小的桩侧摩阻力;（3）更大的升温幅值以及更慢的升温速率使能量桩在热循环时产生更大的桩侧摩阻力。升温幅值和升温速率影响土体热固结程度以及桩-土界面刚度和强度,从而影响桩-土相互作用,导致热硬化及热软化等热塑性效应。这个过程也与桩-土界面的应力状态密切相关,表现为不同深度处桩身热应力随着温度循环呈不同的非线性变化趋势。综上所述,能量桩热力学特性受到桩顶荷载约束、变温幅值、变温速率以及土体饱和度的影响,具有较大的复杂性。因此,在其热-力耦合过程分析中应综合考虑桩周土体强度/刚度变化、土体热固结程度、桩-土界面滑移累积、界面含水率变化以及桩-土热胀性差异等导致的桩土热-力耦合作用,尤其是其中的热塑性特征对能量桩长期力学特性的影响。