在“碳达峰、碳中和”战略背景下,地热能的利用日益广泛。在地源热泵地下换热器、能量桩等地下能源结构进行浅层地热能开发的过程中,周围地层会经历温度的升降以及冷热循环变化。研究发现,黏土的强度和变形特性受温度变化影响显著,进而造成地下能源结构及周围黏土地基的变形及承载性能改变,然而在工程前期设计阶段尚未考虑由变温产生的附加效应,从而构成稳定性安全隐患。因此,有必要提出基于严格理论、可准确描述热-力耦合问题的饱和黏土本构关系,并实现在地下能源结构工程中的应用,指导工程设计。本文结合经典热-力耦合试验结果,研究饱和黏土热弹塑性变形特性。基于弹塑性理论,建立并验证了考虑黏土热塑性变形的热-力耦合本构关系,实现了模型有限元二次开发,并用于分析黏土地基中能量桩及地埋管换热器的工作特性。取得以下成果:（1）结合饱和黏土热-力耦合试验结果,提出描述不同固结状态土体热塑性应变的新表达式;建立同时包含温度与力学屈服机制的一维本构关系。模型验证表明一维本构关系能准确描述温度循环工况不同超固结黏土体积变形响应。（2）基于临界状态理论,提出随温度演化的力学屈服面,并引入温度相关流动法则,结合塑性体应变相关的硬化准则,建立三维应力空间下的本构关系。借助有限元子程序接口,对三维本构关系进行二次开发,并与试验结果对比验证其合理性。（3）采用热-力耦合本构模型开展数值试验,研究能量桩升温、降温条件不同力学荷载下桩体附加热力学响应及承载特性变化规律。探究考虑热塑性变形时桩土相互作用对桩身位移影响以及温度循环荷载条件下不同固结状态黏土的热力响应对桩顶沉降影响规律。结果表明,桩体极限承载能力在升温条件下提高、降温条件下降低,桩顶附加变形量随土体膨胀系数增加而增加,温度循环条件下桩顶累积沉降量随着土体超固结比增加而降低。（4）以采用地源热泵技术的绿色融雪桥梁为工程背景,研究地埋管换热器不同入口温度、回填材料配比、钻孔深度、水平间距因素对换热效率的影响规律。结合不同季节间歇运行模式下换热器力学-温度荷载条件,采用热-力耦合本构模型分析换热器及周围土体热力学响应。结果表明,蓄热-自然恢复运行模式结束时,回填区仍存在顶部的附加隆起以及整体附加轴向伸长、径向压缩应变,周围地表存在附加隆起变形;排热-自然恢复运行模式结束后,回填区整体出现附加轴向压缩应变,一定范围内地表出现相同幅度的附加沉降现象。