能源桩试验监测系统及测试方法技术方案

本发明专利技术提供一种能源桩试验监测系统，其特征在于，包括能源桩桩体、加载装置、桩顶位移测试装置、循环温控装置、数据采集装置和岩土热响应测试装置，本发明专利技术还提供一种利用所述岩土热响应测试装置进行岩土导热系数测试实验的方法和一种利用所述能源桩试验监测系统的测试方法，采用本发明专利技术的测试装置和测试方法能够对能源桩的热力学参数做更完善的测试与分析，同时提高研究的准确可靠性。

【技术实现步骤摘要】
能源桩试验监测系统及测试方法
本专利技术涉及桩基工程新能源
，具体涉及一种灌注型能源桩试验监测装置及测试方法。
技术介绍
地源热泵系统是一套专门利用浅层地温能的系统，利用浅层地温能的特点达到给建筑制冷和供热的效果，从而试现节能减排和环境保护的目的，与其他空调系统相比有一定的优势。地源热泵系统是以地下或地上岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热泵系统工作原理是，利用室内泵机让换热介质在地下换热器内运行，将浅地层(地下岩土体、地下水、地表水等)作为热源。在夏季(制冷工况)将室内的热能通过换热介质存储在地下，从而试现给室内降温的目的；在冬季(制热工况)同样通过换热介质将地下的热能吸收上来给室内供热，从而实现给室内供暖的目的。能源桩，即在桩基里布设换热管道。能源桩与传统的地球集热系统或地下换热钻孔系统的本质区别是作为与地球相连接的热交换器具备了结构功能而且不必单独建造。混凝土及钢材比土壤有较高的导热系数，从而进一步提高了能量转换效率。能源桩采用这种新型的埋管方式，解决了较大的占地面积需求及较高的钻孔费用的问题。相对稳定的地下温度为基础桩作为地热换热器提供了条件，同时有助于减少热泵压缩机在加热和冷却建筑物时并且更加环保。能源桩兼具承担上部荷载和进行热量交换的双重功能，不仅要承受上部建筑物的荷载，还要承受因换热所带来的温度荷载，对桩基极限承载力和位移沉降有一定影响，从而上部建筑物的强度和稳定性也会受到影响。目前现场能源桩试验热力学参数的测试装置和测试方法还不够完善，缺少对能源桩的热力学参数做更完善的测试与分析的系统及测试方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能源桩试验监测系统及测试方法，解决现有技术缺少对能源桩的热力学参数做更完善的测试与分析的系统及测试方法的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种能源桩试验监测系统，包括能源桩桩体、加载装置、桩顶位移测试装置、循环温控装置、数据采集装置和岩土热响应测试装置；所述能源桩桩体顶部为桩帽，所述加载装置包括千斤顶和反力架，所述反力架包括顶盘和锚桩，所述千斤顶的底部与所述桩帽顶部接触，所述千斤顶顶部顶在所述顶盘下表面，所述桩帽上设置有所述桩顶位移测试装置；所述岩土热响应测试装置包含循环管路，所述循环管路上具有进液口和出液口；所述循环温控装置包括保温箱、升降温器、换热管和节流阀，所述升降温器设置在所述保温箱内，所述换热管包括换热内管和换热外管，所述换热内管和所述换热外管相互连通，所述换热内管设置于所述能源桩桩体内，所述换热外管一端从所述能源桩桩体向外延伸，与所述进液口连接，所述换热外管另一端从所述能源桩桩体向外延伸进入所述保温箱内，所述出液口与所述保温箱由所述换热外管连通，所述节流阀设置在所述换热管上；所述数据采集装置包括光纤传感器、温度传感器、压力传感器和土压力盒传感器，所述光纤传感器设置在所述能源桩桩体内侧，所述温度传感器设置于所述进液口和所述出液口处，所述压力传感器设置在所述加载装置顶部，所述土压力盒传感器设置在所述能源桩桩体底部。相比于现有技术，本专利技术具有的有益效果是：利用循环水通过循环温控系统调控保温水箱中水的温度，真实模拟能源桩热交换过程中的制冷制热工况。利用热响应测试仪进行现场测试可以获得地下岩土体的热响应曲线。通过数据采集系统采集的数据分析，为冷、热循环作用下桩体的力学性能及其演化过程提供试验数据。采用本专利技术的测试装置能够对能源桩的热力学参数做更完善的测试与分析，同时提高研究的准确可靠性。优选的，所述能源桩试验监测系统还包括换热管转换装置，所述换热管转换装置设置在所述换热内管分别与所述进液口和所述保温箱连接的所述换热外管上，所述能源桩桩体内设置有至少两组换热管。所述换热管通过所述换热管转换装置控制来转换不同连通方式，实现在一根桩体内多种换热管连通方式测试，比较所述换热管各连通方式的换热效率。优选的，所述能源桩桩体内设置有三组换热管，所述能源桩桩体外径为800mm，所述换热管直径为25mm。优选的，所述千斤顶设置在所述桩帽顶部中心。优选的，所述所述反力架还包括底座，所述能源桩桩体底部放置在所述底座上，所述锚桩连接所述底座和所述顶盘。优选的，所述桩顶位移测试装置包括至少一个千分表，所述千分表分别设置在所述桩帽四角位置。优选的，所述岩土热响应测试装置还包含泵、加热器、流量计、膨胀液箱、排气管、阀门和压力表，所述泵、加热器、流量计、阀门和压力表分别设置在所述循环管路上，所述膨胀液箱和所述排气管分别与所述循环管路连通。所述加热器以恒定的加热功率对所述循环管路内的循环液进行加热，测试岩土体的综合导热系数，从而利用所述岩土热响应测试装置进行模拟实验或现场测试可以获得岩土体的热响应曲线，对采集的数据进行分析。本专利技术还提供一种利用所述岩土热响应测试装置进行岩土导热系数测试实验的方法，包括以下步骤：步骤1，向所述岩土热响应测试装置中通入循环液，将所述岩土热响应测试装置中的气体排出，通过调节所述阀门将所述泵流量调至最大；步骤2，关闭所述加热器，打开所述泵，控制所述流量计和所述节流阀来调节循环液的流速为固定值，当所述温度传感器显示的温度稳定后，将所述岩土热响应测试装置进液口和出液口温度的平均值作为初始平均温度；步骤3，开启所述加热器，调节所述阀门到实验所需值，所述数据采集装置每隔1分钟采集一次数据，根据所采集的数据计算岩土导热系数。本专利技术还提供一种利用所述能源桩试验监测系统的测试方法，包括以下步骤：步骤1，向保温箱中通入循环液，通过所述升降温器调控所述保温箱中循环液的温度；步骤2，关闭所述加热器，打开所述泵，控制所述流量计和所述节流阀来调节循环液的流速为固定值；步骤3，比较固定流速下不同温度荷载对所述能源桩桩体的影响；步骤4，改变流速数值，重复步骤3，比较不同流速下所述换热管的换热效率以及温度荷载对所述能源桩桩体的影响。优选的，步骤2还包括控制所述换热管转换装置转换所述换热管的连通型式的步骤；在步骤3中，比较所述固定流速下不同连通型式和不同温度荷载对所述能源桩桩体的影响；在步骤4中，选择所述换热管的换热效率最高的连通型式，改变循环液流速，比较不同流速下所述换热管的换热效率以及不同温度荷载对所述能源桩桩体的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术能源桩试验监测系统的整体示意图；图2a和图2b分别为保温箱内换热外管两种结构示意图；图3包含底座的反力架结构示意图；图4为换热管转换装置示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供一种能源桩试验监测系统，包括能源桩桩体1、加载装置2、桩顶位移测试装置3、循环温控装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.能源桩试验监测系统，其特征在于，包括能源桩桩体、加载装置、桩顶位移测试装置、循环温控装置、数据采集装置和岩土热响应测试装置；所述能源桩桩体顶部为桩帽，所述加载装置包括千斤顶和反力架，所述反力架包括顶盘和锚桩，所述千斤顶的底部与所述桩帽顶部接触，所述千斤顶顶部顶在所述顶盘下表面，所述桩帽上设置有所述桩顶位移测试装置；所述岩土热响应测试装置包含循环管路，所述循环管路上具有进液口和出液口；所述循环温控装置包括保温箱、升降温器、换热管和节流阀，所述升降温器设置在所述保温箱内，所述换热管包括换热内管和换热外管，所述换热内管和所述换热外管相互连通，所述换热内管设置于所述能源桩桩体内，所述换热外管一端从所述能源桩桩体向外延伸与所述进液口连接，所述换热外管另一端从所述能源桩桩体向外延伸进入所述保温箱内，所述出液口与所述保温箱由所述换热外管连通，所述节流阀设置在所述换热管上；所述数据采集装置包括光纤传感器、温度传感器、压力传感器和土压力盒传感器，所述光纤传感器设置在所述能源桩桩体内侧，所述温度传感器设置于所述进液口和所述出液口处，所述压力传感器设置在所述加载装置顶部，所述土压力盒传感器设置在所述能源桩桩体底部。...

【技术特征摘要】
1.能源桩试验监测系统，其特征在于，包括能源桩桩体、加载装置、桩顶位移测试装置、循环温控装置、数据采集装置和岩土热响应测试装置；所述能源桩桩体顶部为桩帽，所述加载装置包括千斤顶和反力架，所述反力架包括顶盘和锚桩，所述千斤顶的底部与所述桩帽顶部接触，所述千斤顶顶部顶在所述顶盘下表面，所述桩帽上设置有所述桩顶位移测试装置；所述岩土热响应测试装置包含循环管路，所述循环管路上具有进液口和出液口；所述循环温控装置包括保温箱、升降温器、换热管和节流阀，所述升降温器设置在所述保温箱内，所述换热管包括换热内管和换热外管，所述换热内管和所述换热外管相互连通，所述换热内管设置于所述能源桩桩体内，所述换热外管一端从所述能源桩桩体向外延伸与所述进液口连接，所述换热外管另一端从所述能源桩桩体向外延伸进入所述保温箱内，所述出液口与所述保温箱由所述换热外管连通，所述节流阀设置在所述换热管上；所述数据采集装置包括光纤传感器、温度传感器、压力传感器和土压力盒传感器，所述光纤传感器设置在所述能源桩桩体内侧，所述温度传感器设置于所述进液口和所述出液口处，所述压力传感器设置在所述加载装置顶部，所述土压力盒传感器设置在所述能源桩桩体底部。2.如权利要求1所述能源桩试验监测系统，其特征在于，所述能源桩试验监测系统还包括换热管转换装置，所述换热管转换装置设置在所述换热内管分别与所述进液口和所述保温箱连接的所述换热外管上，所述能源桩桩体内设置有至少两组换热管。3.如权利要求2所述能源桩试验监测系统，其特征在于，所述能源桩桩体内设置有三组换热管，所述能源桩桩体外径为800mm，所述换热管直径为25mm。4.如权利要求1所述能源桩试验监测系统，其特征在于，所述千斤顶设置在所述桩帽顶部中心。5.如权利要求1所述能源桩试验监测系统，其特征在于，所述所述反力架还包括底座，所述能源桩桩体底部放置在所述底座上，所述锚桩连接所述底座和所述顶盘。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖衡林，高华雨，陈智，马强，刘一鸣，董延龙，胡智，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42