浅层地温能开发技术发展迅速,从地源热泵技术到桩基埋管形式的能源桩技术,再到利用基础底板、隧道、地下连续墙、挡土墙、水井、污水管道等结构作为地面与土体换热的新型技术,这些技术的发展使得地热能开采量日益增加。另外地热能作为一种可再生能源越来越多的应用于建筑领域的供暖和制冷,因此大量开采地热能使得原有地基土中稳定的地温场发生了变化,处在这种变化的地温场当中的建筑桩基,由于热胀冷缩其内力和变形也将产生相应变化。目前,关于桩、土的热、力学响应的研究已经取得了大量的成果,主要是在能源桩领域,但是对非换热桩的热、力学行为,特别是处在非均匀温度场中的非换热桩的弯曲变形研究较少。本文借助于室内模型试验和数值模拟对非均匀温度场中的单桩热、力学行为展开了研究,主要研究内容及结论如下:首先,通过室内模型试验构造了土体中的非均匀温度场,研究分析了三次循环升、降温工况下桩体和土体的温度、桩顶竖向位移、土体表面竖向位移、桩体变形的变化情况。试验结果表明:桩体和土体在温度场整体升高和降低的过程中分别发生了隆起和沉降,并且与温度变化规律具有明显的对应关系;升、降温工况下桩身两侧沿着深度的温度差异,使得桩身两侧产生不同的拉、压应变,揭示了非均匀温度场中,桩身产生复杂弯曲变形的现象。其次,依据瑞士洛桑联邦理工学院某能源桩现场的工程地质条件,建立了桩、土有限元模型,并利用COMSOL软件对非均匀温度场中的非换热桩的热、力学行为进行了数值模拟。模拟结果表明:冬、夏季随着能源桩运行时间的变长,临近桩桩身弯曲变形逐渐增加,直至温度场趋于稳定;不同温度工况下的临近桩桩身弯矩有所不同,桩身弯矩是桩身两侧温度差异与桩、土接触作用相互影响的结果。论文研究了在浅层地温能的利用过程中,土体和桩体的温度分布、变化特征以及桩体内力的变化规律,研究成果对于桩基础的优化设计、评价非均匀温度场中桩基础的工程性能具有一定的参考意义。