能量桩是一种将传统地源热泵地埋管换热器与建筑桩基础组合而成的一种建筑节能技术,因其解决了传统地源热泵地埋管换热器占地面积大、初投资高的缺点而逐渐得到广泛应用。实际工程中能量桩多以群桩组的形式布置,施加温度荷载会出现热干扰现象,产生群桩效应,从而导致能量桩群桩的热力学特性与单桩工况存在差异。目前,对能量桩单桩的实验及模拟研究已经较多,而对能量桩群桩的研究相对较少,且多为定性分析,缺少对于不同因素下能量桩群桩的工作性能的分析。因此,本文搭建了能量桩群桩模型实验台,建立了能量桩群桩数值模型,采用模型实验和数值模拟相结合的方法研究了能量桩群桩的换热性能和力学特性。模型实验方面,搭建了能量桩群桩实验台,对不同温度荷载、不同换热桩个数和不同埋管连接形式下能量桩群桩的热力学特性展开了实验研究。结果表明:运行10h后,能量桩单桩与群桩的平均单位桩深换热量分别为62.75、35.59 W/m,且能量桩群桩的桩身过余温度也更大,从而增大了桩顶位移、桩端土压力以及桩侧摩阻力的变化幅度;桩内埋管进口水温越高,能量桩平均单位桩深换热量越大,如进口温度35、38℃工况下平均单位桩深换热量相比32℃工况分别提高了 15.5%、30.5%;但较大的温度荷载也产生了较高的桩身以及桩周土壤过余温度,产生较大的桩顶位移、桩身轴力以及桩侧摩阻力;减少桩基础中能量桩的根数有利于换热量的提升,但会削弱群桩效应作用导致桩身轴力增加;尽管能量桩对传统混凝土桩的热力学特性影响较小,但会产生差异沉降,需要考虑承载力不平衡的问题;就群桩内埋管的连接方式而言,能量群桩内埋管串联连接方式,相比并联方式,能提升能量桩的换热能力,降低能量桩和桩周土壤的温升幅度,减小了桩身轴力以及侧摩阻力,但会引起不同的桩顶升降,导致承载力不平衡。数值模拟方面,建立了能量桩群桩的数值模型,探讨了土壤类型、桩间距、桩基材料、排列形式以及全年运行对能量桩群桩热力学特性的影响。结果表明:相比单桩工况,群桩工况下角桩、边桩、中心桩的单位桩深换热量分别减小了 29.44%、43.90%、61.12%;同时,运行15天后中心桩温升最大,导致其桩顶位移量最大,如群桩中角桩、边桩、中心桩的桩顶位移分别为1.62、1.72、1.83 mm;此外,通过数值模拟还发现能量桩群桩中任意一根桩产生的桩身轴力均小于单桩。对于不同桩周土壤类型的研究发现,岩土工况下能量桩的换热效率最高,而砂土工况下不仅换热性能差、热影响范围大还会产生较大的桩身位移。此外,改变桩间距可以发现,增大桩间距有利于获得更大的换热效率,降低桩土间温度从而减小桩身位移,但会削弱群桩效应的作用导致桩身轴力的增加。对于不同桩基材料的研究发现,增大混凝土导热系数短时间内能提升能量桩群桩的换热能力,但由于热干扰的影响,加快了换热量的衰减速率;相同温度荷载下,改变不同混凝土压缩模量对能量桩群桩的热力学性能影响不大。此外还对能量桩群桩叉排和顺排两种形式进行了研究,结果发现采用叉排形式可以改善能量桩群桩的换热能力,减小了桩身位移和轴力的变化量;最后对能量桩群桩的长期运行性能进行了模拟计算,发现在本模拟条件下,群桩全年的放热量大于取热量,土壤热影响范围大致为7m左右,且运行一年后,能量桩整体呈现向上膨胀的情况。本文旨在探讨不同影响因素对能量桩群桩的热力学特性的影响规律,为能量桩群桩的工程设计优化提供理论依据。