【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程领域用的模拟试验装置领域，具体是一种复杂工况多型能源桩模型试验装置和方法。
技术介绍
1、能源桩是一种将地下桩基础代替传统地源热泵系统换热器的技术，它将地热换热器整合到基础结构中。与传统的地源热泵系统相比，能源桩既作为结构构件又可作为热交换构件，因此不需要为了安装地源热泵系统而额外钻孔或开挖，节省了土地成本和安装成本。它可以将浅层地热能用作建筑供暖与制冷中，能源桩将环保、节能的概念融入到地下工程中，其经济效益、环境效益、社会效益不可估量。
2、近年来，为了能够提高能源桩的利用效率，我国众多学者对于不同条件下能源桩的热—力学特性和承载力特性做了许多模型试验，采用现场试验的方法通常不易实现，且操作难度较大，多采用室内试验的研究方法。能源桩模型箱试验的重点是要保证周围土体的状态和施加合适的荷载，目前室内试验使用的装置样式和功能都比较单一，同时兼顾各种情况比较困难。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种复杂工况多型能源桩模型试验装置和方法，它解决了
技术介绍
中存在的问题。
2、本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
3、一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，包括模型槽、模型桩、量测系统、水循环热交换系统和加载系统，模型槽是由特殊材料围成的多种形状的外槽(如：圆形外槽、多边形外槽)，模型槽一侧设置有一个进水口两个出水口，紧贴模型槽内壁有中间为水的双层透明塑料薄膜，基准梁横跨模型槽两侧与焊接在模型槽外壁的纵向反力架相连；
4、进一步的，紧贴模型槽内侧的设置防止内部土体水分流失和保持内部温度恒定，基准梁横跨模型槽两侧用以固定数显式百分表。
5、进一步的，反力架直接焊接在模型槽外壁，可以更方便的和千斤顶配合施加各种荷载。
6、进一步的，桩体传热管的管型根据换热性能和施工环境(如施工难度、土壤特性、桩数等)可以选择不同的管型，如：单u型、三u型、w型、螺旋型等。
7、进一步的，能源桩类型有：w型换热管树根能源桩，w型的换热管布置于树根能源桩内；三u型换热管螺旋能源桩，三u型换热管布置于螺旋能源桩内；螺旋型换热管扩底灌注能源桩，螺旋型换热管布置于桩端直径扩大2倍的灌注能源桩内。桩口形状可以根据实际情况设置成圆形、矩形等。
8、进一步的，桩体内布置有应变片和温度传感器，桩体外侧布置有百分表，混凝土应变片，温度传感器，土压力盒等用来测量各项数据。
9、进一步的，千斤顶和承载台之间放置有用于测量模型桩所施加的竖向荷载大小的压力传感器，承载台为钢性材料。
10、一种复杂工况多型能源桩模型试验装置的使用方法：将设备连接电源，取试验用土先铺设桩端持力层，持力层铺设完后在桩底位置埋设土压力盒，然后将模型桩放在预定位置确保与土完全接触并，校正其垂直度并固定，桩周的土分层进行填筑,每填筑一层从进水口适当对土体注水养护。填土完成后，将砝码均匀放置在土体表面的圆环荷载盘上，将模型地基静压一周，以形成正常固结状态的饱和土地基。然后，在桩顶布置百分表来测量桩顶位移，在桩身的一侧土体内布置温度传感器来测量各个位置的温度，在土体表面布置百分表来测量土体沉降量，在桩身两侧对称粘贴应变片。最后，利用千斤顶按照计算所得的模型桩的极限承载力分级加载,并且测量桩体和土体变形和压力。
11、与现有技术比，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
12、(1)本专利技术可以提供高度准确的模拟，对各项数据进行精确控制以便于可以更好的模拟现场情况，装置可以收集大量的试验数据，有助于分析和研究能源桩在不同情况下的行为及响应。
13、(2)本专利技术的反力架焊接在模型槽上可以保证对模型桩施加的竖向荷载在桩顶的作用位置不变，且处于稳定状态。
14、(3)本专利技术结构原理简单，各部件容易制造，性价比高，而且使用该装置比较安全方便，很适合室内实验室使用。
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1.一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，其特征在于：包括模型槽(1)、模型桩(4)、量测系统、水循环热交换系统和加载系统，模型槽(1)是由特殊材料围成的多种形状的外槽(如：圆形外槽(26)、多边形外槽(27))，模型槽(1)一侧设置有一个进水口(17)两个出水口(18)，紧贴模型槽(1)内壁有中间为水的双层透明塑料薄膜(2)，基准梁(11)横跨模型槽两侧与焊接在模型槽外壁的纵向反力架(3)相连；模型桩(4)根据不同施工条件选择合适的桩型，包括：树根能源桩(21)、螺旋能源桩(23)、扩底灌溉能源桩(25)等；量测系统包括静态应变测试系统(9)、混凝土应变片(6)、电阻式微型土压力盒(16)、温度传感器(7)、温度采集仪(8)和数显式百分表(11)，应变片(6)和土压力盒(16)与静态应变测试系统(9)相连，温度传感器(7)和温度采集仪(8)相连，可自定义采集频率，数据自动采集；水循环热交换系统包括循环水泵(15)、换热管(5)、制热和制冷系统(15)；加载系统包括液压千斤顶(12)和反力架(3)。
2.根据权利要求1所述一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，其特征在于：有多种类型换热管(5)，为单U型(19)三U型(22)、W型(20)、螺旋型(24)；能源桩类型有：W型换热管(20)树根能源桩(21)，W型的换热管(20)布置于树根能源桩(21)内；三U型换热管(22)螺旋能源桩(23)，三U型换热管(22)布置于螺旋能源桩(23)内；螺旋型换热管(24)扩底灌注能源桩(25)，螺旋型换热管(24)布置于桩端直径扩大2倍的灌注能源桩(25)内；桩口形状可以根据实际情况设置成圆形、矩形等。
4.根据权利要求3所述一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，其特征在于：将设备连接电源，取试验用土先铺设桩端持力层，持力层铺设完后在桩底位置埋设土压力盒(16)，然后将模型桩(4)放在预定位置确保与土完全接触并，校正其垂直度并固定，桩周的土分层进行填筑，每填筑一层从进水口(17)适当对土体注水养护；填土完成后，将砝码均匀放置在土体表面的圆环荷载盘上，将模型地基静压一周，以形成正常固结状态的饱和土地基；然后，在桩顶布置百分表(11)来测量桩顶位移，在桩身的一侧土体内布置温度传感器(7)来测量各个位置的温度，在土体表面布置百分表(11)来测量土体沉降量，在桩身两侧对称粘贴应变片(6)；最后，利用千斤顶(12)按照计算所得的模型桩(4)的极限承载力分级加载，并且测量桩体(4)和土体变形和压力。
...【技术特征摘要】
1.一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，其特征在于：包括模型槽(1)、模型桩(4)、量测系统、水循环热交换系统和加载系统，模型槽(1)是由特殊材料围成的多种形状的外槽(如：圆形外槽(26)、多边形外槽(27))，模型槽(1)一侧设置有一个进水口(17)两个出水口(18)，紧贴模型槽(1)内壁有中间为水的双层透明塑料薄膜(2)，基准梁(11)横跨模型槽两侧与焊接在模型槽外壁的纵向反力架(3)相连；模型桩(4)根据不同施工条件选择合适的桩型，包括：树根能源桩(21)、螺旋能源桩(23)、扩底灌溉能源桩(25)等；量测系统包括静态应变测试系统(9)、混凝土应变片(6)、电阻式微型土压力盒(16)、温度传感器(7)、温度采集仪(8)和数显式百分表(11)，应变片(6)和土压力盒(16)与静态应变测试系统(9)相连，温度传感器(7)和温度采集仪(8)相连，可自定义采集频率，数据自动采集；水循环热交换系统包括循环水泵(15)、换热管(5)、制热和制冷系统(15)；加载系统包括液压千斤顶(12)和反力架(3)。
2.根据权利要求1所述一种复杂工况多型能源桩模型试验装置，其特征在于：紧贴模型槽(1)内侧的设置防止内部土体水分流失和保持内部温度恒定，基准梁(13)横跨模型槽两侧用以固定数显式百分表(11)；反力架(3)直接焊接在模型槽(1)外壁，可以更方便的和千斤顶(12)配合施加各种荷载；桩体内布置有应变片(6)和温度传感器(7)，桩体外侧布置有百分表(11)，混凝土应变片(6)，温度传感器(7)，土压力盒(16)等用来测量各项数...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦鹏举，赵富富，孙婉，王庆华，程桂军，姚茂炳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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