地热能是一种绿色清洁的可持续能源,能源桩技术的发展为利用地热能缓解能源危机提供了新的思路。相比于传统灌注桩作为热交换载体,静钻根植能源桩具有无挤土、不排泥、承载力高、换热系统耐久性好等优势。本文采用自行设计模型试验与ABAQUS数值模拟分析相结合的方法,研究静钻根植能源桩在热力耦合作用下的承载特性,为静钻根植桩作为热交换载体推广使用提供评估与参考价值,主要结论如下:(1)升温和降温后桩体温度沿深度的变化并不均匀,其温度分布规律与换热管埋设方式有关。桩周土温度受热源影响的程度随着距离桩中心距离的增大逐渐减小,影响半径约为3～4倍桩径。内置金属换热管模型桩的换热性能优于外绕塑料换热管模型桩。(2)在多次冷热循环作用下,静钻根植能源桩桩顶和桩周土表面均会产生累积沉降,且随着桩顶荷载和冷热循环次数的增加有增大的趋势。在-15℃～+20℃桩身温度变化范围内,基桩承载力增幅在-2.69%～+8.33%范围内。(3)在冷热循环作用下,预制桩和水泥土均产生了附加温度应力,其分布与温度变化值、桩顶荷载和约束条件等因素密切相关。预制桩升温引起的附加轴向压应力和降温引起的附加轴向拉应力大小沿深度分布均表现为两端小、中间大,水泥土附加轴向应力分布规律则与预制桩相反。桩顶荷载较小时,降温工况下预制桩局部出现拉应力,但在能源桩正常工作的温度变化范围内,尚未发现附加温度应力引起的预制桩和水泥土强度破坏。(4)升温和降温工况下,静钻根植能源桩侧摩阻力分别呈现上减下增和上增下减的变化规律,桩顶荷载较小时,升温时上部和降温时下部出现小范围的负摩阻力,因此能源桩设计时承载力安全系数不宜过大。桩身位移变化零点的位置与桩顶荷载和约束条件有关。(5)换热管埋设方式主要影响静钻根植能源桩的换热性能,其承载性能则与桩型、温度荷载大小、冷热循环次数、土层性质、桩顶荷载和约束条件等影响因素密切相关。在实际工程设计时需要根据具体工况确定合理的换热液温度变化范围和承载力设计安全系数,以保障静钻根植能源桩长期工作的安全性。