نشریه ژئومکانیک و ژئوانرژی

نشریه ژئومکانیک و ژئوانرژی

تاثیر سیکل های حرارت بر اندرکنش خاک و گروه شمع انرژی با تحلیل های همبسته ترمو هیدرو مکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، کرج، البرز
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، کرج، ایران
3 گروه عمران، دانشکده مهندسی Deakin، ویکتوریا، استرالیا
10.22107/ggj.2026.600163.1273
چکیده
در این پژوهش، پاسخ ترموهیدرومکانیکی گروه‌های شمع انرژیِ مقیدنشده مدفون در خاک رس اشباع بررسی شده است و تمرکز اصلی بر ضریب اندرکنش بین شمع‌های فعال حرارتی و شمع‌های سازه‌ای مجاور قرار دارد. برای این منظور، یک مدل عددی سه‌بعدی توسعه داده شد و با استفاده از مطالعات موردی معتبر مربوط به تحکیم حرارتی، شمع انرژی منفرد و گروه شمع‌ها صحت‌سنجی گردید. سپس، از مدل تأییدشده برای بررسی اثر قطر شمع، طول شمع، فاصله بین شمع‌ها و اندازه گروه شمع تحت دو چرخه حرارتی تکرارشونده استفاده شد. نتایج، عدم تقارن مشخص بین مراحل گرمایش و سرمایش را نشان می‌دهند؛ به‌گونه‌ای که اندرکنش حرارتی در مرحله گرمایش بیشتر از مرحله سرمایش است. این موضوع بیانگر آن است که انبساط شمع در اثر گرمایش عامل اصلی کنترل‌کننده بیشینه اندرکنش نشست بوده است. در مرحله گرمایش، ضریب اندرکنش در حدود 0.03 تا 0.05 به دست آمد، درحالی‌که در مرحله سرمایش این مقدار کمتر و در حدود 0.005 تا 0.02 بود. پارامترهای هندسی نیز به‌صورت توأم بر رفتار اندرکنشی اثرگذار بودند. افزایش فاصله بین شمع‌ها موجب کاهش اندرکنش شمع–شمع شد، درحالی‌که افزایش تعداد شمع‌ها در گروه شدت تأثیرات حرارتی را افزایش داد. همچنین، هنگامی که فاصله و قطر شمع ثابت نگه داشته شدند، افزایش طول شمع موجب کاهش ضریب اندرکنش به میزان حدود 61 تا 68 درصد در مرحله سرمایش و 47 تا 52 درصد در مرحله گرمایش گردید. در اثر گرمایش، تنش‌های محوری فشاری در شمع‌های انرژی ایجاد شد، درحالی‌که سرمایش موجب ایجاد تنش‌های کششی با بزرگی مشابه گردید. این یافته بر ضرورت در نظر گرفتن هر دو مرحله گرمایش و سرمایش در ارزیابی عملکرد و حالت بهره‌برداری (Serviceability) گروه‌های شمع انرژی تأکید می‌کند. در نهایت، یک رابطه ساده‌شده و بی‌بُعد برای برآورد اولیه اندرکنش نشست ناشی از اثرات حرارتی در گروه‌های شمع انرژی مقیدنشده پیشنهاد شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Thermal cycling effects on pile–soil–pile interaction in unrestrained energy pile groups: A THM numerical study

نویسندگان English

Marjan Sadrjamali 1
Amir Hamidi 2
Abtin Rooz 3
1 Department of Civil Engineering, School of Engineering, Kharazmi university, Karaj, Alborz
2 Department of Civil Engineering, School of Engineering, Kharazmi University, Tehran, Iran
3 School of Engineering, Deakin University, Waurn Ponds, Victoria, Australia
چکیده English

Energy piles provide a sustainable solution for building heating and cooling while also serving as structural foundation elements. However, cyclic thermal loading can alter pile–soil interaction and affect the settlement response of surrounding structural piles, particularly in groups without pile-head restraint. This study investigates the thermo-hydro-mechanical response of unrestrained energy pile groups embedded in saturated clay, with emphasis on the interaction factor between thermally active piles and nearby structural piles. A three-dimensional numerical model was developed and verified against established thermal consolidation, single energy pile, and pile group case studies. The verified model was then used to examine the effects of pile diameter, length, spacing, and group size under two repeated thermal cycles. The results reveal a clear heating–cooling asymmetry, with greater thermal interaction during heating, indicating that pile expansion governed the maximum settlement interaction. During heating, the interaction factor was approximately 0.03–0.05, while during cooling it was lower, approximately 0.005–0.02. The geometrical variables acted in combination: increased spacing reduced pile-to-pile interaction, larger pile groups intensified the thermal influence, and longer piles reduced the interaction factor by about 61–68% during cooling and 47–52% during heating when pile spacing and diameter were kept constant. Heating generated compressive axial stresses in the energy piles, while cooling produced tensile stresses of comparable magnitude, highlighting the need to consider both phases in serviceability assessment. A simplified dimensionless expression is proposed for preliminary estimation of thermally induced settlement interaction in unrestrained energy pile groups.

کلیدواژه‌ها English

Energy piles
Thermal cycling
Pile group interaction
Interaction factor
Saturated clay
Thermo-hydro-mechanical modelling