静钻根植工法地热能源桩是一种将静钻根植工法与地源热泵技术相结合的新型地热能源桩,它将换热管路埋于静钻根植工法地热能源桩侧的水泥土中,不仅施工方便,而且提高了换热效率,具有广阔的工程应用前景。地热能源桩作为新型的建筑节能技术,在国内外很多建筑中得到应用,但地热能源桩技术还未形成一套完整的设计规章。目前,地热能源桩在深厚软土地基的研究应用较少,由于受到测试成本和场地等因素的限制,其现场实测工作开展的不多,尤其缺乏长期承载下的热-力学特性研究,因此对地热能源桩结构的安全性和耐久性评价较为困难。本文采用现场试验结合数值模拟的方法,对不同工况长期温度荷载作用下的静钻根植工法地热能源桩的热传导及承载特性进行了系统研究,为地热能源桩的工程设计和施工提供合理建议,为地热能源桩的进一步推广应用提供依据。1.在地热能源桩传热性能方面,本文通过热响应试验测定场地岩土体的热传导性能,根据地热能源桩在运行过程中桩身及桩周土体的温度变化来分析桩体与土体之间的热传递规律,最后通过建立数值模型对地热能源桩不同换热间距,不同导热材料下的换热效率进行了分析。通过地热能源桩夏季模式现场试验过程中桩身与土体温度变化可以得到桩体与土体在不同试验时段温度的变化规律。研究结果表明,土体初始平均温度受到大气环境温度的影响,桩顶与桩底处略有差异,试验进行过程中桩身温度分布受桩两端散热条件及桩周土导热性能影响较大。2倍桩径处土体相对于桩体突然的升温并不是瞬时响应的,而是存在较大的延迟。本试验桩的温度影响半径在2倍桩径与6倍桩径之间,桩身加热结束自然恢复19d后,2倍桩径范围处土体平均温度升高了1℃,可见恢复期热量消散相当缓慢。通过热响应试验计算得到现场土体的平均初始温度与综合导热系数,建立三维传热数值模型分析地热能源桩不同换热间距,不同导热材料下的换热效率。结果表明提高换热管间距、换热管导热系数、桩周水泥土导热系数均能提高地热能源桩的换热效率。2.在地热能源桩热-力学结构响应方面,开展了在上覆建筑荷载和不同工况温度荷载的共同作用下地热能源桩的桩身内力变化及与桩周土体之间的荷载传递关系。通过地热能源桩夏季模式（桩身加热）和冬季模式（桩身制冷）的现场测试试验,分析了地热能源桩在受到上部建筑荷载和温度荷载共同作用时的桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律,同时,通过对比国内外其他荷载和温度共同作用下地热能源桩现场试验,分析了桩顶约束条件、桩周土层性质对地热能源桩热-力学特性的影响。研究结果表明,地热能源桩在实际运行过程中,温度荷载引起的桩身附加应力、桩侧摩阻力的变化与桩顶约束情况密切相关,桩周土层分布及土层性质也会对桩身应力及桩侧摩阻力的分布产生影响。因此,地热能源桩承载性能分析时应综合考虑桩周土层的基本物理力学参数与热物性参数、循环温度荷载及桩顶约束条件等多方面因素,以便更好地指导地热能源桩的设计和施工。本文围绕传热和结构两个方向探讨了地热能源桩的传热性能和结构热-力学响应,采用现场试验和数值模拟等手段对其进行了系统的分析和比较,研究了地热能源桩作为地源热泵系统埋管载体的受力特点和可能存在的问题,为地热能源桩的进一步推广提供依据。