李庆文等：能源桩三维螺旋线热源的瞬态传热模型 ·1573· 12 16 (b) 14 12 10 L=30,Z=15,=10 -R=2 L=30,1=10,R=3 R=3 二二 -R=4 -R=5 -Z=25 50 100 150 200 250 300 50 100 150 200 250 300 图2温升随时间变化曲线 Fig.2 Rise in temperature curves for different time periods L=30,F10,R=2 2.4.2能源桩桩周岩土体温度场分布 —=300,=0 -=300,R=0.5 当R0,1]或者当R∈[0,1]且Z生[0，L时，此时 -=10.=0 温度函数表征的是能源桩回填岩土体的温度场 -=10,R=0.5 =1,R=0 如图4所示，图4(a)为L=30,=10,=300时，半径 -=1,R=0.5 R=2,3,4,5位置处温度随桩埋深Z变化曲线图 图4(b)为L=30,=10,=5,10,50,300时R=2位置 的温度随埋深Z变化曲线图 图4(a)显示，与桩体温度场分布相似，相同半 径处，能源桩周围岩土体的温度随着埋深先增大， 30 后减小：受三维螺旋热源的影响，岩土体温度沿埋 深方向上也呈现出螺旋状分布，为方便说明，将这 1015 20 种现象称为形状效应：并且，图4(a)中显示，这种 T 效应随半径增大逐渐减小直到消失；同时，图4(b) 图3能源桩桩体温升曲线 显示，随着时间的积累，相同半径位置处岩土体的 Fig.3 Temperature rise curves of an energy pile 温度持续上升，但是始终保持螺旋状分布，说明时 影响，其分布方式与埋管形势具有关联性.具体表 间对形状效应的影响很小.综合以上结果，可以推 现为，在能源桩轴线以外位置处能源桩桩身的温 断：在其他条件都保持不变的前提下，形状效应存 度场分布不均，受到热源形状的影响 在固定的影响范围.即在这个空间范围内，能源桩 (a) (b) 5 10 10 L=30,2=15,=10 N 2 R=3 N 20 25 L=30F10,R=2 -仁5 30 30 仁10 一=50 35 35 =300 10 10 图4岩土体温升曲线 Fig.4 Temperature rise curves of a rock mass影响，其分布方式与埋管形势具有关联性. 具体表 现为，在能源桩轴线以外位置处能源桩桩身的温 度场分布不均，受到热源形状的影响. 2.4.2    能源桩桩周岩土体温度场分布 当 R < [0,1] 或者当 R ∈ [0,1] 且 Z < [0,L] 时 ，此时 温度函数表征的是能源桩回填岩土体的温度场. 如图 4 所示，图 4（a）为 L=30，n=10，t=300 时，半径 R=2， 3， 4， 5 位置处温度随桩埋深 Z 变化曲线图. 图 4（b）为 L=30，n=10，t=5，10，50，300 时 R=2 位置 的温度随埋深 Z 变化曲线图. 图 4（a）显示，与桩体温度场分布相似，相同半 径处，能源桩周围岩土体的温度随着埋深先增大， 后减小；受三维螺旋热源的影响，岩土体温度沿埋 深方向上也呈现出螺旋状分布，为方便说明，将这 种现象称为形状效应；并且，图 4（a）中显示，这种 效应随半径增大逐渐减小直到消失；同时，图 4（b） 显示，随着时间的积累，相同半径位置处岩土体的 温度持续上升，但是始终保持螺旋状分布，说明时 间对形状效应的影响很小. 综合以上结果，可以推 断：在其他条件都保持不变的前提下，形状效应存 在固定的影响范围. 即在这个空间范围内，能源桩 (a) 0 50 100 150 200 250 300 0 2 4 6 8 10 12 T t 0 50 100 150 200 250 300 T 0 2 4 6 8 10 12 14 16 t L=30, n=10, R=3 Z=25 Z=15 Z=10 Z=5 Z=2 L=30, Z=15, n=10 R=5 R=4 R=3 R=2 (b) 图 2    温升随时间变化曲线 Fig.2    Rise in temperature curves for different time periods L=30, n=10, R=2 t=300, R=0 t=300, R=0.5 t=10, R=0 t=10, R=0.5 t=1, R=0 t=1, R=0.5 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 T Z 图 3    能源桩桩体温升曲线 Fig.3    Temperature rise curves of an energy pile 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 T Z 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 T Z L=30, Z=15, n=10 R=5 R=4 R=3 R=2 (a) (b) L=30, n=10, R=2 t=300 t=50 t=10 t=5 图 4    岩土体温升曲线 Fig.4    Temperature rise curves of a rock mass 李庆文等： 能源桩三维螺旋线热源的瞬态传热模型 · 1573 ·