可视化能量桩模型试验系统及其非接触式测量方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911147037.6 (22)申请日 2019.11.21 (71)申请人 江苏亚特尔地源科技股份有限公司 地址 215500 江苏省苏州市常熟市常福街 道抚顺路8号 (72)发明人 薛国强徐卫东 (51)Int.Cl. G01N 25/20(2006.01) (54)发明名称 一种可视化能量桩模型试验系统及其非接 触式测量方法 (57)摘要 本发明涉及了建筑工程领域， 具体的是一种 可视化能量桩模型试验装置及非接触式测量方 法。 它包括可视化能量桩模型试验系统、 非接触。

2、 式测量系统、 PIV测量系统和数据处理系统， 所述 可视化能量桩模型试验系统包括光学平台、 由双 层真空玻璃制成的温控式模型箱、 能量桩和控温 循环泵， 所述非接触式测量系统包括第一红外热 成像仪和第二红外热成像仪， 所述第一红外热成 像仪设置在所述温控式模型箱上方， 所述第二红 外热成像仪设置在温控式模型箱右侧， 所述PIV 测量系统包括激光仪和CCD相机。 本发明的有益 效果在于： 采用非接触式测量方法， 无须在能量 桩桩身或内部埋设传感器， 不会影响能量桩桩身 强度和力学性质， 可以有效解决传统能量桩试验 中传感器存在温度测量精度不高、 易受潮湿和电 磁干扰等环境因素干扰、 测量线路引。

3、线过多会影 响桩身力学特性、 易损坏造成测量数据缺失等方 面的缺点和不足。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 111307857 A 2020.06.19 CN 111307857 A 1.一种可视化能量桩模型试验系统， 其特征在于： 所述可视化能量桩模型试验装置包 括可视化能量桩模型试验系统、 非接触式测量系统、 PIV测量系统和数据处理系统， 所述可 视化能量桩模型试验系统包括光学平台、 由双层真空玻璃制成的温控式模型箱、 能量桩和 控温循环泵， 所述非接触式测量系统包括第一红外热成像仪和第二红外热成像仪， 所述第 一红外热成像仪设置在所述温控式模型箱上方， 所述第二红外热成像仪。

4、设置在温控式模型 箱右侧， 所述PIV测量系统包括激光仪和CCD相机， 所述温控式模型箱设置在所述光学平台 上， 所述温控式模型箱具有透明面， 所述能量桩设置在所述温控式模型箱中并且贴近所述 透明面， 所述能量桩包括内设液腔的桩身、 封闭的桩底以及带有开口的桩顶， 在所述桩身内 部还设置有连接在所述控温循环泵上的循环导热管， 在所述光学平台上还设置有可调节高 度的升降支架， 所述激光仪、 所述第二红外热成像仪和所述CCD相机均设置在所述升降支架 上， 所述数据处理系统分别与所述激光仪和所述CCD相机信号连接。 2.根据权利要求1所述的可视化能量桩模型试验系统， 其特征在于： 所述光学平台上开 。

5、设有若干个螺栓孔， 所述温控式模型箱和所述升降支架均通过所述螺栓孔固定在所述光学 平台上。 3.根据权利要求1所述的可视化能量桩模型试验系统， 其特征在于： 所述温控式模型箱 内盛放有用于模拟所述能量桩的使用环境的多层泥土， 所述温控式模型箱具有底板和侧 板， 在所述底板上设置有用于控制所述温控式模型箱内泥土的温度的温控装置， 所述侧板 上开有多个通过阀门控制的排水通道。 4.根据权利要求1所述的可视化能量桩模型试验系统， 其特征在于： 所述第一红外热成 像仪和第二红外热成像仪的温度分辨率不低于0.02， 像素为640480pix， 空间分辨率为 0.8mRad， 并支持自动检测高温和低温区域。

6、。 5.根据权利要求1所述的可视化能量桩模型试验系统， 其特征在于： 所述CCD相机分辨 率为1280960， 采用帧曝光模式， 所述CCD相机的曝光时间控制在100 s30s。 6.一种可视化能量桩模型试验系统的非接触式测量方法， 应用于如权利要求1-5任一 项所述的可视化能量桩模型试验系统， 其特征在于： 包括以下步骤， S1、 光学平台校准： 通过水准仪校准光学平台的水平度， 使得光学平台保持水平； S2、 模型试验准备： 将温控式模型箱通过螺栓固定在光学平台上； 然后将能量桩布置在 温控式模型箱透明侧的中部位置， 最后分层填筑桩周泥土； S3、 泥土温度控制： 通过温控式模型箱中的温控。

7、装置， 将盛放在温控式模型箱内的泥土 的温度控制在试验所需温度范围内， 所述温度范围为-5-35； S4、 初始状态测量： 打开PIV测量系统所连激光仪， 启动第一红外热成像仪、 第二红外热 成像仪以及固定在可调节支架上的CCD相机， 调整升降支架高度， 使得第一红外热成像仪、 第二红外热成像仪和CCD相机拍摄的图像能包括整个模型箱透明侧面上的能量桩和泥土， 调整CCD相机、 第一红外热成像仪和第二红外热成像仪的焦距， 使图像清晰可见， 同时记录 下泥土初始位移场和温度场分布以及桩身初始状态， 作为后续数据处理的初始参考系； S5、 能量桩加热： 打开温控循环泵， 将能量桩加热至指定工作温度；。

8、 S6、 非接触式测量： 使用PIV测量系统、 第一红外热成像仪和第二红外热成像仪， 持续测 量能量桩在指定温度下工作时受到温度荷载作用下其桩身和泥土的变形规律以及温度传 递规律， 其中CCD相机拍摄能量桩桩身和泥土的位移图像， 第一红外热成像仪和第二红外热 权利要求书 1/2 页 2 CN 111307857 A 2 成像仪拍摄能量桩桩身和泥土的温度场图像； CCD相机、 第一红外热成像仪和第二红外热成 像仪拍摄的图像通过连接线实时传输到数据处理系统中； S7、 数据处理： 通过PIV处理软件将CCD相机拍摄获得的能量桩桩身和泥土在温度荷载 施加前后的灰度图像分割成众多Interrogati。

9、on网格， 对变形前后的所有Interrogation网 格进行全场匹配计算并通过峰值相关系数确定所有Interrogation网格的平均位移， 获得 能量桩桩身和泥土位移场， 从而得到能量桩桩身和泥土在温度荷载作用下的应变场和力学 特性； 通过第一红外热成像仪和第二红外热成像仪拍摄得到能量桩桩身和泥土温度场图 像， 并经过温度传递递归算法计算得到能量桩桩身和泥土的温度传递规律， 进而得到能量 桩在温度荷载作用下的热力学特性。 7.根据权利要求6所述的可视化能量桩模型试验系统的非接触式测量方法， 其特征在 于： 在所述 “步骤S2中” ， 所述能量桩通过控温模型箱底部的凹槽或螺栓进行固定。 8。

10、.根据权利要求6所述的可视化能量桩模型试验系统的非接触式测量方法， 其特征在 于： 在所述 “步骤S3” 中， 通过调整温控装置的输出功率来严格控制泥土温度变化速度， 所述 温度变化速度不高于2/h。 9.根据权利要求7所述的可视化能量桩模型试验的非接触式测量方法， 其特征在于： 在 所述 “步骤S5” 中， 按照实际工程中的温度变化速度设定温控循环泵的工作功率； 在能量桩 工作过程中可以通过控制温控式模型箱两侧的排水通道， 控制其排水条件， 以模拟实际工 程中能量桩的工作状态。 10.根据权利要求7所述的可视化能量桩模型试验系统的非接触式测量方法， 其特征在 于： 在所述 “步骤S7” 中，。

11、 所述CCD相机， 第一红外热成像仪和第二红外热成像仪的曝光速度 为0.2s一帧； 同时通过第一红外热成像仪和第二红外热成像仪自动的对高温和低温区域进 行识别， 将桩身位置突变区域记录并输出到数据处理系统中。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111307857 A 3 一种可视化能量桩模型试验系统及其非接触式测量方法 技术领域 0001 本发明涉及了建筑工程领域， 具体的是一种可视化能量桩模型试验装置及非接触 式测量方法。 背景技术 0002 地源热泵采用热泵原理将地球表面浅层水源和土壤源中吸收的太阳能和地热能 转化为既可供热又可制冷的高效节能空调系统， 具有可再生性， 高效节能， 污染小，。

12、 保护生 态环境， 维护简单等优点， 因而得到广泛的应用。 0003 近年来， 工程技术人员将地源热泵与建筑桩基础结合起来， 提出一种能量桩 (energy piles)的技术方案， 可以实现对于地下空间的高效利用。 通过在桩基础中埋设各 种形状的换热器装置， 进行浅层地温地热能转换， 在满足常规桩基力学功能的同时还能通 过桩体实现与浅层地能的热交换， 起到桩基和地源热泵预成孔直接敷设埋管换热器的双重 作用。 0004 当前， 针对能量桩开展模型试验， 研究能量桩桩身受温度荷载作用下的力学特性 和热力学特性正成为岩土工程领域的一个热点。 但目前能量桩模型试验多采用温度传感器 来测量桩身温度， 。

13、无法获取完整的桩身温度分布规律， 且传感器存在温度测量精度不高、 易 受潮湿和电磁干扰等环境因素干扰、 测量线路引线过多并会影响桩身力学特性、 易损坏造 成测量数据缺失等方面的缺点和不足。 此外， 当前的能量桩模型试验中仅能对能量桩进行 温度控制， 无法研究泥土温度变化对于能量桩工作性态的影响。 因此采用新的试验装置和 测量方法来研究能量桩在温度荷载作用下的力学特性和热力学特性对于指导能量桩施工 及其推广运用具有重要理论和现实意义。 发明内容 0005 为了克服现有技术中的至少部分缺陷， 本发明实施例提供了一种可视化能量桩模 型试验系统及其非接触式测量方法， 其采用非接触式测量方法， 无须在能。

14、量桩桩身或内部 埋设传感器， 不会影响能量桩桩身强度和力学性质， 可以有效解决传统能量桩试验中传感 器存在温度测量精度不高、 易受潮湿和电磁干扰等环境因素干扰、 测量线路引线过多会影 响桩身力学特性、 易损坏造成测量数据缺失等方面的缺点和不足。 0006 本申请实施例公开了： 一种可视化能量桩模型试验系统包括可视化能量桩模型试 验系统、 非接触式测量系统、 PIV测量系统和数据处理系统， 所述可视化能量桩模型试验系 统包括光学平台、 由双层真空玻璃制成的温控式模型箱、 能量桩和控温循环泵， 所述非接触 式测量系统包括第一红外热成像仪和第二红外热成像仪， 所述第一红外热成像仪设置在所 述温控式模。

15、型箱上方， 所述第二红外热成像仪设置在温控式模型箱右侧， 所述PIV测量系统 包括激光仪和CCD相机， 所述温控式模型箱设置在所述光学平台上， 所述温控式模型箱具有 透明面， 所述能量桩设置在所述温控式模型箱中并且贴近所述透明面， 所述能量桩包括内 设液腔的桩身、 封闭的桩底以及带有开口的桩顶， 在所述桩身内部还设置有连接在所述控 说明书 1/6 页 4 CN 111307857 A 4 温循环泵上的循环导热管， 在所述光学平台上还设置有可调节高度的升降支架， 所述激光 仪、 所述第二红外热成像仪和所述CCD相机均设置在所述升降支架上， 所述数据处理系统分 别与所述激光仪和所述CCD相机信号连。

16、接。 0007 进一步地， 所述光学平台上开设有若干个螺栓孔， 所述温控式模型箱和所述升降 支架均通过所述螺栓孔固定在所述光学平台上。 0008 进一步地， 所述温控式模型箱内盛放有用于模拟所述能量桩的使用环境的多层泥 土， 所述温控式模型箱具有底板和侧板， 在所述底板上设置有用于控制所述温控式模型箱 内泥土的温度的温控装置， 所述侧板上开有多个通过阀门控制的排水通道。 0009 进一步地， 所述第一红外热成像仪和第二红外热成像仪的温度分辨率不低于0.02 ， 像素为640480pix， 空间分辨率为0.8mRad， 并支持自动检测高温和低温区域。 0010 进一步地， 所述CCD相机分辨率为。

17、1280960， 采用帧曝光模式， 所述CCD相机的曝 光时间控制在100 s30s。 0011 本发明还提供了一种可视化能量桩模型试验系统的非接触式测量方法， 应用于上 述可视化能量桩模型试验系统， 包括以下步骤， 0012 S1、 光学平台校准： 通过水准仪校准光学平台的水平度， 使得光学平台保持水平； 0013 S2、 模型试验准备： 将温控式模型箱通过螺栓固定在光学平台上； 然后将能量桩布 置在温控式模型箱透明侧的中部位置， 最后分层填筑桩周泥土； 0014 S3、 泥土温度控制： 通过温控式模型箱中的温控装置， 将盛放在温控式模型箱内的 泥土的温度控制在试验所需温度范围内， 所述温度。

18、范围为-5-35； 0015 S4、 初始状态测量： 打开PIV测量系统所连激光仪， 启动第一红外热成像仪、 第二红 外热成像仪以及固定在可调节支架上的CCD相机， 调整升降支架高度， 使得第一红外热成像 仪、 第二红外热成像仪和CCD相机拍摄的图像能包括整个模型箱透明侧面上的能量桩和泥 土， 调整CCD相机、 第一红外热成像仪和第二红外热成像仪的焦距， 使图像清晰可见， 同时记 录下泥土初始位移场和温度场分布以及桩身初始状态， 作为后续数据处理的初始参考系； 0016 S5、 能量桩加热： 打开温控循环泵， 将能量桩加热至指定工作温度； 0017 S6、 非接触式测量： 使用PIV测量系统、。

19、 第一红外热成像仪和第二红外热成像仪， 持 续测量能量桩在指定温度下工作时受到温度荷载作用下其桩身和泥土的变形规律以及温 度传递规律， 其中CCD相机拍摄能量桩桩身和泥土的位移图像， 第一红外热成像仪和第二红 外热成像仪拍摄能量桩桩身和泥土的温度场图像； CCD相机、 可第一红外热成像仪和第二红 外热成像仪拍摄的图像通过连接线实时传输到数据处理系统中； 0018 S7、 数据处理： 通过PIV处理软件将CCD相机拍摄获得的能量桩桩身和泥土在温度 荷载施加前后的灰度图像分割成众多Interrogation网格， 对变形前后的所有 Interrogation网格进行全场匹配计算并通过峰值相关系数确。

20、定所有Interrogation网格 的平均位移， 获得能量桩桩身和泥土位移场， 从而得到能量桩桩身和泥土在温度荷载作用 下的应变场和力学特性； 通过第一红外热成像仪和第二红外热成像仪拍摄得到能量桩桩身 和泥土温度场图像， 并经过温度传递递归算法计算得到能量桩桩身和泥土的温度传递规 律， 进而得到能量桩在温度荷载作用下的热力学特性。 0019 进一步地， 在所述 “步骤S2中” ， 所述能量桩通过控温模型箱底部的凹槽或螺栓进 行固定。 说明书 2/6 页 5 CN 111307857 A 5 0020 进一步地， 在所述 “步骤S3” 中， 通过调整温控装置的输出功率来严格控制泥土温 度变化速。

21、度， 所述温度变化速度不高于2/h。 0021 进一步地， 在所述 “步骤S5” 中， 按照实际工程中的温度变化速度设定温控循环泵 的工作功率； 在能量桩工作过程中可以通过控制温控式模型箱两侧的排水通道， 控制其排 水条件， 以模拟实际工程中能量桩的工作状态。 0022 进一步地， 在所述 “步骤S7” 中， 所述CCD相机和所述红外热成像仪的曝光速度为 0.2s一帧； 同时通过第一红外热成像仪和第二红外热成像仪自动的对高温和低温区域进行 识别， 将桩身位置突变区域记录并输出到数据处理系统中。 0023 本发明的有益效果如下： 采用第一红外热成像仪和第二红外热成像仪进行非接触 式测量， 无须在。

22、能量桩桩身或内部埋设传感器， 不会影响能量桩桩身强度和力学性质， 可以 有效解决传统能量桩试验中传感器存在温度测量精度不高、 易受潮湿和电磁干扰等环境因 素干扰、 测量线路引线过多会影响桩身力学特性、 易损坏造成测量数据缺失等方面的缺点 和不足。 0024 另外， 本发明采用的第一红外热成像仪和第二红外热成像仪作为测量设备， 解决 了现有传感器温度测温存在的只能测量有限个桩身位置处温度的缺点， 能够完整获得能量 桩桩身与桩周泥土的能量转换和温度传递规律， 实现了高效、 便捷和连续测量能量桩桩身 温度分布。 其直接生成的能量桩桩身温度场变化云图， 相比传统试验中使用的温度传感器 来说， 直观性更。

23、强， 精度更高， 并且可以直接找出桩身裂缝和破坏位置， 简化了数据处理难 度。 0025 除此之外， 本发明中采用真空玻璃制成的温控式模型箱， 可以实现对模型箱内泥 土的温度控制， 并且可以研究不同气候温度条件下能量桩与桩周泥土的热力学特性， 对推 动能量桩在不同地区的应用具有重要意义。 0026 为让本发明的上述和其他目的、 特征和优点能更明显易懂， 下文特举较佳实施例， 作详细说明如下。 附图说明 0027 图1是本发明中一种可视化能量桩模型试验系统的整体结构示意图； 0028 图2是本发明图1中的温控式模型箱的正视图； 0029 图3是本发明图1中的温控式模型箱的俯视图。 0030 其中。

24、： 1.光学平台； 2.温控式模型箱； 3.钢制支架； 4.能量桩； 5.排水通道； 6.泥土； 7.升降支架； 81.第一红外热成像仪； 82.第二红外热成像仪； 9.激光仪； 10.CCD相机； 11.数 据处理系统； 12.控温循环泵； 13.循环导热管； 14.温控功率控制旋钮； 15.延伸角钢； 16.角 钢螺栓孔； 17.温控加热片； 18.凹槽。 具体实施方式 0031 下面将结合本发明实施例， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的 实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳。

25、动前提下所获得的所有其他实施例， 都 属于本发明保护的范围。 说明书 3/6 页 6 CN 111307857 A 6 0032 在本发明一较佳实施例中的一种可视化能量桩模型试验系统包括可视化能量桩 模型试验系统、 非接触式测量系统、 PIV测量系统和数据处理系统11， 所述可视化能量桩模 型试验系统包括光学平台1、 由双层真空玻璃制成的温控式模型箱2、 能量桩4和控温循环泵 12， 所述非接触式测量系统包括第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82， 所述第一红 外热成像仪81设置在所述温控式模型箱2上方， 所述第二红外热成像仪82设置在温控式模 型箱1右侧， 所述PIV测量系统包括激光仪9。

26、和CCD相机10， 所述温控式模型箱2设置在所述光 学平台1上， 所述温控式模型箱2具有透明面(未图示)， 所述能量桩4设置在所述温控式模型 箱1中并且贴近所述透明面， 所述能量桩4包括内设液腔的桩身、 封闭的桩底以及带有开口 的桩顶， 在所述桩身内部还设置有连接在所述控温循环泵12上的循环导热管13， 在所述光 学平台1上还设置有可调节高度的升降支架7， 所述激光仪9、 所述第二红外热成像仪82和所 述CCD相机10均设置在所述升降支架7上， 所述数据处理系统11分别与所述激光仪9和所述 CCD相机10信号连接。 0033 采用第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82进行非接触式测量， 无。

27、须在能量 桩4桩身或内部埋设传感器， 不会影响能量桩4桩身强度和力学性质， 可以有效解决传统能 量桩试验中传感器存在温度测量精度不高、 易受潮湿和电磁干扰等环境因素干扰、 测量线 路引线过多会影响桩身力学特性、 易损坏造成测量数据缺失等方面的缺点和不足； 另外， 本 发明采用的第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82作为测量设备， 解决了现有传感器 温度测温存在的只能测量有限个桩身位置处温度的缺点， 能够完整获得能量桩4桩身与桩 周泥土的能量转换和温度传递规律， 实现了高效、 便捷和连续测量能量桩4桩身温度分布。 其直接生成的能量桩4桩身温度场变化云图， 相比传统试验中使用的温度传感器来说，。

28、 直观 性更强， 精度更高， 并且可以直接找出桩身裂缝和破坏位置， 简化了数据处理难度。 除此之 外， 本发明中采用真空玻璃制成的温控式模型箱2， 可以实现对温控式模型箱2内泥土的温 度控制， 并且可以研究不同气候温度条件下能量桩4与桩周泥土的热力学特性， 对推动能量 桩4在不同地区的应用具有重要意义。 0034 上述升降支架上具有三个横向支座， 每个横向支座与升降支架7通过可调节旋钮 连接。 在升降支架7的底部设有四个螺栓孔， 与光学平台1之间通过紧固螺栓进行固定。 升降 支架7布置在温控式模型箱2中轴延长线上5倍桩长(指能量桩4的长度)距离处， 以保证第一 红外热成像仪81、 第二红外热成。

29、像仪82和CCD相机10能够完整拍摄温控式模型箱2侧面的能 量桩4和泥土。 第一红外热成像仪81通过滑轮固定在温控式模型箱2上延伸出的钢制支架 上， 并且第一红外热成像仪81可在钢制支架上前后移动， 在实际实施过程中， 钢制支架3固 定位置为能量桩4正上方2倍桩长距离处； 第二红外热成像仪82放置在可调节高度的升降支 架上7， 在实际实施过程中， 通过旋转高度调节旋钮使第二红外热成像仪82位于桩身1/2高 度处。 0035 在上述实施例中， 为了满足PIV测量系统、 第一红外热成像仪81和第二红外热成像 仪82的检测精度， 在所述光学平台1上开设有若干个螺栓孔(未图示)， 所述温控式模型箱2 。

30、和所述升降支架7均通过所述螺栓孔固定在所述光学平台1上。 为了便于标准化加工， 光学 平台1上相邻两个螺栓孔的间距为5cm。 0036 在上述实施例中， 所述温控式模型箱2内盛放有用于模拟所述能量桩4的使用环境 的多层泥土， 所述温控式模型箱2具有底板和侧板， 在所述底板上设置有用于控制所述温控 说明书 4/6 页 7 CN 111307857 A 7 式模型箱2内泥土的温度的温控装置， 所述侧板上开有多个通过阀门控制的排水通道5。 排 水通道5之间的距离5cm10cm， 以控制温度荷载下泥土排水条件。 在温控式模型箱1底部四 边每边设有两个延伸角钢15， 每个延伸角钢15上设有两个角钢螺栓孔。

31、16， 延伸角钢上角钢 螺栓孔16大小与光学平台1上的螺栓孔一致， 延伸角钢15上角钢螺栓孔16的间距为10cm。 温 控装置包括设置在温控式模型箱1底部和侧面设有温控加热片17， 温控加热片17之间的间 距为20cm。 在实际实施过程中， 为了使得温控加热片17对泥土的加热更均匀， 温控加热片17 采用陶瓷加热片。 0037 在上述实施例中， 为了提高第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82的拍摄精 度， 所述第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82的温度分辨率不低于0.02， 像素为 640480pix， 空间分辨率为0.8mRad， 并支持自动检测高温和低温区域。 0038 在上述实。

32、施例中， 为了提高CCD相机的拍摄精度， 所述CCD相机10分辨率为1280 960， 采用帧曝光模式， 所述CCD相机10的曝光时间控制在100 s30s。 0039 本发明还提供了一种可视化能量桩模型试验系统的非接触式测量方法， 应用于上 述可视化能量桩模型试验系统， 包括以下步骤， 0040 S1、 光学平台校准： 通过水准仪校准光学平台的水平度， 使得光学平台1保持水平； 具体的， 将三个水准仪放置在光学平台1不同位置， 调节位于光学平台1支撑的高度调节旋 钮， 使三个水准仪同时处于水平状态， 即表示光学平台1已经调整到水平状态。 0041 S2、 模型试验准备： 将温控式模型箱2的螺。

33、栓孔与光学平台1的螺栓孔对齐， 并使用 紧固螺栓进行固定， 然后将能量桩4通过在温控式模型箱2底部的开设的凹槽18进行固定， 使能量桩4位于温控式模型箱2透明面的中部位置； 最后向温控式模型箱2内填充泥土， 在实 际实施过程中， 通过空中砂雨法进行泥土的分层填筑， 精确控制泥土的相对密实度或密度， 以研究不同泥土性质对于能量桩4热力学特性的影响。 0042 S3、 泥土温度控制： 通过温控式模型箱2中的温控装置， 控制设置在温控式模型箱2 底部的温控加热片17， 将盛放在温控式模型箱2内的泥土的温度加热到在试验所需温度范 围内， 所述温度范围为-5-35； 具体温度根据需要模拟的情况进行对应性。

34、调整。 0043 S4、 初始状态测量： 打开PIV测量系统所连激光仪9， 启动第一红外热成像仪81、 第 二红外热成像仪82以及固定在可调节支架上的CCD相机10， 调整升降支架7高度， 使得第一 红外热成像仪81、 第二红外热成像仪82和CCD相机10拍摄的图像能包括整个温控式模型箱2 透明侧面上的能量桩4和泥土， 调整CCD相机10、 第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪 82的焦距， 使图像清晰可见， 同时记录下泥土初始位移场和温度场分布以及桩身初始状态， 作为后续数据处理的初始参考系； 注意观察第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82显 示的的泥土温度场分布， 当温度场图像上无高。

35、温和低温提示区域时， 关闭设置在温控式模 型箱2上的温控功率控制旋钮14， 结束对泥土温度控制。 0044 S5、 能量桩加热： 打开温控循环泵12， 通过设置在能量桩内部的循环导热管13， 将 能量桩4加热至指定工作温度； 0045 S6、 非接触式测量： 使用PIV测量系统、 第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪 82， 持续测量能量桩4在指定温度下工作时， 在温度和荷载作用下其桩身和泥土的变形规律 以及温度传递规律， 其中CCD相机10拍摄能量桩桩身和泥土的位移图像， 第一红外热成像仪 81和第二红外热成像仪82拍摄能量桩桩身和泥土的温度场图像； CCD相机、 第一红外热成像 说明书 。

36、5/6 页 8 CN 111307857 A 8 仪81和第二红外热成像仪82将拍摄的图像通过连接线实时传输到数据处理系统11中； 0046 S7、 数据处理： 通过PIV处理软件将CCD相机10拍摄获得的能量桩4桩身和泥土在温 度荷载施加前后的灰度图像分割成众多Interrogation网格， 对变形前后的所有 Interrogation网格进行全场匹配计算并通过峰值相关系数确定所有Interrogation网格 的平均位移， 获得能量桩4桩身和泥土位移场， 从而得到能量桩4桩身和泥土在温度荷载作 用下的应变场和力学特性； 通过第一红外热成像仪81和第二红外热成像仪82拍摄得到能量 桩4桩身。

37、和泥土温度场图像， 并经过温度传递递归算法计算得到能量桩4桩身和泥土的温度 传递规律， 进而得到能量桩4在温度荷载作用下的热力学特性。 0047 在上述实施例中， 为了防止泥土加热过快而引起龟裂等现象， 在所述 “步骤S3” 中， 通过调整温控装置的输出功率来严格控制泥土温度变化速度， 所述温度变化速度不高于2 /h。 在实际实施过程中， 温度变化的速度为1/h。 0048 在上述实施例中， 为了更好的模拟能量桩4的在实际运行中的工作状态， 在所述 “步骤S5” 中， 按照实际工程中的温度变化速度设定温控循环泵12的工作功率； 在能量桩4工 作过程中可以通过控制温控式模型箱2两侧的排水通道5，。

38、 控制其排水条件， 以模拟实际工 程中能量桩4的工作状态。 0049 在上述实施例中， 在所述 “步骤S7” 中， 所述CCD相机10、 所述第一红外热成像仪81 和第二红外热成像仪82的曝光速度为0.2s一帧； 同时通过第一红外热成像仪81和第二红外 热成像仪82自动的对高温和低温区域进行识别， 将桩身位置突变区域记录并输出到数据处 理系统11中。 0050 本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。 说明书 6/6 页 9 CN 111307857 A 9 图1 图2 说明书附图 1/2 页 10 CN 111307857 A 10 图3 说明书附图 2/2 页 11 CN 111307857 A 11 。