一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置的制作方法

本发明涉及一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置，属于土木工程土工测试仪器技术领域。

背景技术：

随着浅层地热能源的开发，地源热泵技术的逐步推广应用，综合考虑桩基础和地源热泵竖向埋管技术优点的能量桩技术逐渐得到应用。但是，针对能量桩的热力学特性的研究相对较少；尤其是在冷热循环下，桩基础与周围土体之间的摩擦力特性无法确定，这直接影响桩基整体承载力的计算；从而导致岩土工程师不敢设计能量桩的承载力和沉降问题，一定程度上影响能量桩技术的广泛推广应用。因此，研发一套可以测定能量桩桩-土摩擦力的测量装置及其测试方法，已成为摆在岩土工程师面前的一项迫在眉睫的事情。

本发明之前，专利号为zl201210078542.1的中国发明专利“一种桩土接触面力学特性测试装置和测试方法”公开了一种基于常规土工三轴仪的桩-土接触面摩擦力的测试装置及其测试方法；在常规土工三轴仪压力室内布置混凝土试样和空心圆柱土试样，通过压缩试样来测定桩-土接触面摩擦力值。该技术方法，与常规直剪仪和单剪仪试验相比，可以考虑周围土样排水和不排水等工况，同时可以测量土体的轴向变形和体积变形；但是，该试验装置无法考虑桩体试样温度及周围土体试验温度等因素的影响，且在常规三轴仪上制备空心圆柱土体试样并布置实心混凝土试样相对比较困难。专利号为zl201410077507.7的中国发明专利“一种能量桩桩-土接触面摩擦力测试装置及测试方法”，在测量桩-土接触面摩擦力特性的同时考虑了桩体与土体温度对桩-土接触面摩擦力特性的影响，从而更好地测量能量桩桩-土接触面的摩擦力。然而，该技术方法中，对土体只能施加围压，即沿桩身与垂直于桩身方向对桩周土体施加的压力相等，无法考虑实际工程中桩周土体在两个方向上受力不等的情况。因此，在已有的技术装置基础上，改进测试装置与测试方法，考虑土体的实际受力，测量能量桩桩-土接触面力学特性对能量桩科学合理设计具有重要意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置。

为达到上述目的，本发明提供一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置，包括框架、密封压力室、能量桩试样、土体试样、压力室温度控制系统、桩试样温度控制系统、围压加载系统、反压加载系统、桩试样加载系统和桩周土体竖向应力加载系统；所述能量桩试样上端穿过所述密封压力室底部进入所述密封压力室，所述土体试样放置在所述密封压力室内部，所述压力室温度控制系统、所述围压加载系统、所述反压加载系统和所述桩周土体竖向应力加载系统均与所述密封压力室相连，所述桩试样温度控制系统与所述能量桩试样相连，所述桩试样加载系统安装在所述框架底部，所述密封压力室安装在所述框架中。

优先地，所述密封压力室包括密封压力室顶板、密封压力室底板、密封罩、固定螺杆、土样底部平台和顶盖，所述密封罩包括外密封罩和内密封罩，所述外密封罩套设在所述内密封罩上，所述外密封罩和所述内密封罩之间的间隙形成空气夹层，所述密封罩上端固定连接所述密封压力室顶板，所述密封罩下端通过所述固定螺杆固定在所述密封压力室底板上，所述土样底部平台固定设置在所述密封压力室底板上表面中心，所述顶盖放置在所述土体试样顶部。

优先地，所述密封压力室还包括上密封机构和下密封机构，所述上密封机构包括顶部金属套环和顶部密封环，所述顶部密封环和所述顶部金属套环依次从内向外套设，所述顶部密封环包裹在所述顶部传力杆表面，所述顶部金属套环密封固定连接所述密封压力室顶板；所述下密封机构包括底部金属套环和底部密封环，所述底部密封环和所述底部金属套环依次从内向外套设，所述底部密封环包裹在所述能量桩试样表面，所述下密封机构位于所述土样底部平台下方，所述底部金属套环密封固定连接所述密封压力室底板；

所述密封压力室还包括橡皮膜，所述橡皮膜贴合在所述土体试样外侧壁上；所述密封罩材质为有机玻璃。

优先地，所述桩周土体竖向应力加载系统包括顶部传力杆、顶部应力传感器和顶部位移传感器，所述顶部传力杆下端穿过所述密封压力室顶板抵靠在所述顶盖，所述顶部应力传感器下端抵靠所述顶部传力杆上端，所述顶部应力传感器上端固定连接所述框架，所述顶部位移传感器固定设置在所述顶部传力杆上。

优先地，所述桩试样加载系统包括底部传力杆、底部应力传感器和底部位移传感器，所述底部传力杆上端抵靠在所述能量桩试样底部，所述底部应力传感器上端固定连接所述底部传力杆下端，所述底部应力传感器下端固定连接所述框架，所述底部位移传感器竖向固定设置在所述底部传力杆上。

优先地，所述框架包括顶部限制框架、中间平台、抬升平台、底座和两个竖向限制框架，所述顶部限制框架两端分别垂直固定连接一个所述竖向限制框架，所述中间平台两端分别固定连接一个所述竖向限制框架，所述密封压力室底板放置在所述抬升平台上，所述抬升平台内嵌在所述中间平台上，两个所述竖向限制框架下端固定设置在所述底座上；所述顶部应力传感器上端固定连接所述顶部限制框架，所述底部应力传感器下端固定连接所述底座，所述底座内嵌竖向抬升加载装置。

优先地，所述桩周土体竖向应力加载系统还包括过滤透水机构，所述过滤透水机构包括上过滤透水机构和下过滤透水机构，所述上过滤透水机构包括顶部滤纸和顶部环状透水石，所述顶部滤纸和所述顶部环状透水石依次从下向上放置在所述顶盖和土体试样之间，所述下过滤机构包括底部滤纸和底部环状透水石，所述底部滤纸和所述底部环状透水石依次从上向下放置在所述土样底部平台和所述土体试样之间。

优先地，所述能量桩试样上端依次从下向上密封穿过所述下密封机构和所述土样底部平台后伸入所述密封罩中，所述能量桩试样下端抵靠在所述底部传力杆上端，所述底部密封环和所述底部金属套环依次从内向外套设并滑动连接所述能量桩试样下端。

优先地，所述土体试样为空心圆柱体，放置在所述能量桩试样外侧、所述土体底部平台上表面，所述土体试样底部插有土样温度传感器，所述土样温度传感器上端穿过所述土样底部平台和所述下过滤机构伸入土体试样中。

优先地，所述桩试样温度控制系统包括恒温水浴槽、液体管道、桩体传热通道和桩体温度传感器，所述桩体温度传感器上端穿过并伸入所述能量桩试样中；所述桩体传热通道为u形通道，开设在能量桩试样内部，所述桩体传热通道的进口为桩体进水口，所述桩体传热通道的出口为桩体出水口；所述恒温水浴槽通过所述液体管道分别连通所述桩体进水口和所述桩体出水口。

优先地，所述压力室温度控制系统包括低温恒温水浴槽、液体管道、压力室传热管道、压力室温度传感器、顶板表面进水口和顶板表面出水口，

所述密封罩内部、土体试样外部的空腔位置中设置螺旋形铜管形成所述压力室传热管道，所述压力室传热管道进水口连通所述顶板表面进水口，所述压力室传热管道出水口连通所述顶板表面出水口，所述顶板表面进水口和所述顶板表面出水口均通过所述液体管道连通所述低温恒温水浴槽；

所述压力室温度传感器下端穿过所述密封压力室顶板后伸入所述密封罩内部空心位置，所述压力室温度传感器下端位于所述顶盖上方。

优先地，所述围压加载系统包括围压阀、温控三轴仪主机、管道和传感器引线，所述围压阀安装在所述密封压力室底板侧边，所述围压阀与密封压力室底板内部开设的空心密封通道相连通，所述空心密封通道连通所述密封压力室底板中心空腔，所述温控三轴仪主机内含液压加载装置、流量传感器、液压传感器和数据采集通道，所述温控三轴仪主机通过管道及传感器引线与所述围压阀相连，所述数据采集通道一端连接所述压力室温度传感器、所述桩体温度传感器、所述土样温度传感器、所述顶部应力传感器、所述底部应力传感器、所述顶部位移传感器、所述底部位移传感器、所述流量传感器和所述液压传感器，所述数据采集通道另一端连接电脑。

优先地，所述反压加载系统包括反压管、排水阀、顶部排水管和顶部排水阀，所述反压管和顶部排水管均分别穿过所述密封压力室底板后伸入所述顶盖中，所述排水阀和顶部排水阀均安装在所述密封压力室底板侧边，所述排水阀连通所述反压管，所述顶部排水阀连通顶部排水管；

所述反压加载系统还包括孔压管、孔压传感器和孔压阀，所述孔压管穿过所述土样底部平台和所述下过滤机构接触土体试样下表面，所述孔压阀安装在所述密封压力室底板侧边，所述孔压传感器安装在所述孔压阀上，所述孔压阀与所述的孔压管连通，所述孔压传感器引线与所述温控三轴仪主机内数据采集通道连接。

优先地，一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，打开围压阀，向密封压力室内注满水，开启温控三轴仪主机，启动液压加载装置对密封压力室内的水施加压力从而实现对土体试样施加围压，然后通过中间平台b调节抬升平台高度，使得顶部传力杆对土体试样施加竖向压力，排水条件下即若需对土体试样进行固结则打开排水阀，进行土体试样的固结；

步骤二，固结完成后，保持围压和顶部竖向压力不变，保持排水阀打开，开启压力室温度控制系统和桩试样温度控制系统，通过控制循环液体的温度，分别对空心圆柱形土体试样、能量桩试样进行即热固结即施加长期的温度荷载，记录各个温度传感器、各个流量传感器、各个位移传感器以及各个应力传感器随时间变化的读数，分析围压和竖向压力共同作用下能量桩体系中桩周土体试样热固结过程中的体积变化以及能量桩试样的位移变化；

步骤三，热固结完成后，维持土体试样温度和能量桩试样温度稳定在设计值，调节底座c内的竖向抬升加载装置对底部传力杆以及能量桩试样缓慢施加竖向位移；根据设计工况，若步骤三需在不排水条件下进行，则保持排水阀关闭，同时记录各个应力传感器、各个位移传感器和各个孔压传感器的读数，若步骤三需在排水条件下进行，则保持排水阀打开，同时记录每个应力传感器、每个位移传感器以及流量传感器随位移变化的读数；

步骤四，根据实验需求若不进行土体试样的固结，则按照步骤二改变土体试样和能量桩试样温度后，按照步骤三对能量桩试样缓慢施加竖向位移，保持排水阀关闭，记录各个应力传感器、各个位移传感器和孔压传感器的读数。

本发明所达到的有益效果：

通过在能量桩试样内部设置传热通道，在密封压力室内设置传热管道，并都与温度控制系统相连，有效地对空心圆柱形土体试样的温度和能量桩试样的温度进行了控制；通过对常规温控三轴仪压力室的改造，有效地实现了对能量桩桩-土接触面摩擦力的测定问题；通过对桩周土体增施竖向压力，有效地对桩基础体系中的土体实际受力进行了模拟，同时有效地改善了桩周土体的固结应力条件；通过整个装置系统以及试验步骤，有效地实现了不同温度荷载和压力条件下桩周土体固结过程、能量桩试样受影响大小，以及剪切过程中能量桩桩-土接触面力学特性变化的量测，便于直观立体的观察和实验，推进了能量桩的热力学特性的研究；本发明结构简单，改进后的压力室，联合温度控制系统可以直接在已有的土工仪器上使用；本发明操作步骤简单、可操作性强，便于控制，易于实现。

附图说明

图1是本发明温控三轴仪压力室的竖向剖面图；

图2是本发明温控三轴仪压力室的横向剖面图。

图3是本发明整体结构示意图。

附图中标记含义，1a-顶部限制框架，1b-中间平台，1c-底座，2-竖向限制框架，3a-密封压力室顶板，3b-密封压力室底板，4-密封罩，5-空气夹层，6-固定螺杆，7-土样底部平台，8-顶盖，9a-上过滤透水机构，9b-下过滤透水机构，10-土体试样，11-橡皮膜，12-能量桩试样，13-反压管，14-孔压管，15-顶部排水管，16-压力室传热管道，17-顶板表面进水口，18-顶板表面出水口，19-桩体进水口，20-桩体出水口，21-桩体传热通道，22-压力室温度传感器，23-桩体温度传感器，24-土样温度传感器，25a-上密封机构，25b-下密封机构，26-顶部传力杆，27-底部传力杆，28-顶部应力传感器，29-底部应力传感器，30-顶部位移传感器，31-底部位移传感器，32-抬升平台，33-排水阀，34-孔压传感器，35-孔压阀，36-围压阀，37-顶部排水阀，38-土样温度传感器引线通道，39-低温恒温水浴槽，40-液体管道a，41-恒温水浴槽，42-液体管道b，43-温控三轴仪主机，44-管道及传感器引线，45-数据线，46-电脑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置，包括框架、密封压力室、能量桩试样12、土体试样10、压力室温度控制系统、桩试样温度控制系统、围压加载系统、反压加载系统、桩试样加载系统和桩周土体竖向应力加载系统；所述能量桩试样12上端穿过所述密封压力室底部进入所述密封压力室，所述土体试样10放置在所述密封压力室内部，所述压力室温度控制系统、所述围压加载系统、所述反压加载系统和所述桩周土体竖向应力加载系统均与所述密封压力室相连，所述桩试样温度控制系统与所述能量桩试样12相连，所述桩试样加载系统安装在所述框架底部，所述密封压力室安装在所述框架中。

进一步地，所述密封压力室包括密封压力室顶板3a、密封压力室底板3b、密封罩4、固定螺杆6、土样底部平台7和顶盖8，所述密封罩4包括外密封罩和内密封罩，所述外密封罩套设在所述内密封罩上，所述外密封罩和所述内密封罩之间的间隙形成空气夹层5，所述密封罩4上端固定连接所述密封压力室顶板3a，所述密封罩4下端通过所述固定螺杆6固定在所述密封压力室底板3b上，所述土样底部平台7固定设置在所述密封压力室底板3b上表面中心，所述顶盖8放置在所述土体试样10顶部。

进一步地，所述密封压力室还包括上密封机构25a和下密封机构25b，所述上密封机构25a包括顶部金属套环和顶部密封环，所述顶部密封环和所述顶部金属套环依次从内向外套设，所述顶部密封环包裹在所述顶部传力杆26表面，所述顶部金属套环密封固定连接所述密封压力室顶板3a；所述下密封机构25b包括底部金属套环和底部密封环，所述底部密封环和所述底部金属套环依次从内向外套设，所述底部密封环包裹在所述能量桩试样12表面，所述下密封机构25b位于所述土样底部平台7下方，所述底部金属套环密封固定连接所述密封压力室底板3b；

所述密封压力室还包括橡皮膜11，所述橡皮膜11贴合在所述土体试样10外侧壁上；所述密封罩4材质为有机玻璃。

进一步地，所述桩周土体竖向应力加载系统包括顶部传力杆26、顶部应力传感器28和顶部位移传感器30，所述顶部传力杆26下端穿过所述密封压力室顶板3a抵靠在所述顶盖8，所述顶部应力传感器28下端抵靠所述顶部传力杆26上端，所述顶部应力传感器28上端固定连接所述框架，所述顶部位移传感器30固定设置在所述顶部传力杆26上。

进一步地，所述桩试样加载系统包括底部传力杆27、底部应力传感器29和底部位移传感器31，所述底部传力杆27上端抵靠在所述能量桩试样12底部，所述底部应力传感器29上端固定连接所述底部传力杆27下端，所述底部应力传感器29下端固定连接所述框架，所述底部位移传感器31竖向固定设置在所述底部传力杆27上。

进一步地，所述框架包括顶部限制框架1a、中间平台1b、抬升平台32、底座1c和两个竖向限制框架2，所述顶部限制框架1a两端分别垂直固定连接一个所述竖向限制框架2，所述中间平台1b两端分别固定连接一个所述竖向限制框架2，所述密封压力室底板3b放置在所述抬升平台32上，所述抬升平台32内嵌在所述中间平台1b上，两个所述竖向限制框架2下端固定设置在所述底座1c上；所述顶部应力传感器28上端固定连接所述顶部限制框架1a，所述底部应力传感器29下端固定连接所述底座1c，所述底座1c内嵌竖向抬升加载装置。

进一步地，所述桩周土体竖向应力加载系统还包括过滤透水机构，所述过滤透水机构包括上过滤透水机构9a和下过滤透水机构9b，所述上过滤透水机构9a包括顶部滤纸和顶部环状透水石，所述顶部滤纸和所述顶部环状透水石依次从下向上放置在所述顶盖8和土体试样10之间，所述下过滤机构9b包括底部滤纸和底部环状透水石，所述底部滤纸和所述底部环状透水石依次从上向下放置在所述土样底部平台7和所述土体试样10之间。

进一步地，所述能量桩试样12上端依次从下向上密封穿过所述下密封机构25b和所述土样底部平台7后伸入所述密封罩4中，所述能量桩试样12下端抵靠在所述底部传力杆27上端，所述底部密封环和所述底部金属套环依次从内向外套设并滑动连接所述能量桩试样12下端。

进一步地，所述土体试样10为空心圆柱体，放置在所述能量桩试样12外侧、所述土体底部平台7上表面，所述土体试样10底部插有土样温度传感器24，所述土样温度传感器24上端穿过所述土样底部平台7和所述下过滤机构9b伸入土体试样10中。

进一步地，所述桩试样温度控制系统包括恒温水浴槽41、液体管道b42、桩体传热通道21和桩体温度传感器23，所述桩体温度传感器23上端穿过并伸入所述能量桩试样12中；所述桩体传热通道21为u形通道，开设在能量桩试样12内部，所述桩体传热通道21的进口为桩体进水口19，所述桩体传热通道21的出口为桩体出水口20；所述恒温水浴槽41通过所述液体管道b42分别连通所述桩体进水口19和所述桩体出水口20。

进一步地，压力室温度控制系统包括低温恒温水浴槽39、液体管道a40、压力室传热管道16、压力室温度传感器22、顶板表面进水口17和顶板表面出水口18，

所述密封罩4内部、土体试样10外部的空腔位置中设置螺旋形铜管形成所述压力室传热管道16，所述压力室传热管道16进水口连通所述顶板表面进水口17，所述压力室传热管道16出水口连通所述顶板表面出水口18，所述顶板表面进水口17和所述顶板表面出水口18均通过所述液体管道a40连通所述低温恒温水浴槽39；

所述压力室温度传感器22下端穿过所述密封压力室顶板3a后伸入所述密封罩4内部空心位置，所述压力室温度传感器22下端位于所述顶盖8上方。

进一步地，所述围压加载系统包括围压阀36、温控三轴仪主机43、管道和传感器引线44，所述围压阀36安装在所述密封压力室底板3b侧边，所述围压阀36与密封压力室底板3b内部开设的空心密封通道相连通，所述空心密封通道连通所述密封压力室底板3b中心空腔，所述温控三轴仪主机43内含液压加载装置、流量传感器、液压传感器和数据采集通道，所述温控三轴仪主机43通过管道及传感器引线44与所述围压阀36相连，所述数据采集通道一端连接所述压力室温度传感器22、所述桩体温度传感器23、所述土样温度传感器24、所述顶部应力传感器28、所述底部应力传感器29、所述顶部位移传感器30、所述底部位移传感器31、所述流量传感器和所述液压传感器，所述数据采集通另一端连接电脑46。

进一步地，所述反压加载系统包括反压管13、排水阀33、顶部排水管15和顶部排水阀37，所述反压管13和顶部排水管15均分别穿过所述密封压力室底板3b后伸入所述顶盖8中，所述排水阀33和顶部排水阀37均安装在所述密封压力室底板3b侧边，所述排水阀33连通所述反压管13，所述顶部排水阀37连通顶部排水管15；

所述反压加载系统还包括孔压管14、孔压传感器34和孔压阀35，所述孔压管14穿过所述土样底部平台7和所述下过滤机构9b接触土体试样10下表面，所述孔压阀35安装在所述密封压力室底板3b侧边，所述孔压传感器34安装在所述孔压阀35上，所述孔压阀35与所述的孔压管14连通，所述孔压传感器34引线与所述温控三轴仪主机43内数据采集通道连接。

进一步地，一种基于温控三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，打开围压阀，向密封压力室内注满水，开启温控三轴仪主机，启动液压加载装置对密封压力室内的水施加压力从而实现对土体试样10施加围压，然后通过中间平台1b调节抬升平台32高度，使得顶部传力杆26对土体试样10施加竖向压力，排水条件下即若需对土体试样10进行固结则打开排水阀33，进行土体试样10的固结；

步骤二，固结完成后，保持围压和顶部竖向压力不变，保持排水阀33打开，开启压力室温度控制系统和桩试样温度控制系统，通过控制循环液体的温度，分别对空心圆柱形土体试样10、能量桩试样12进行即热固结即施加长期的温度荷载，记录各个温度传感器、各个流量传感器、各个位移传感器以及各个应力传感器随时间变化的读数，分析围压和竖向压力共同作用下能量桩体系中桩周土体试样热固结过程中的体积变化以及能量桩试样的位移变化；

步骤三，热固结完成后，维持土体试样10温度和能量桩试样12温度稳定在设计值，调节底座1c内的竖向抬升加载装置对底部传力杆27以及能量桩试样12缓慢施加竖向位移；根据设计工况，若步骤三需在不排水条件下进行，则保持排水阀33关闭，同时记录各个应力传感器、各个位移传感器和各个孔压传感器的读数，若步骤三需在排水条件下进行，则保持排水阀33打开，同时记录每个应力传感器、每个位移传感器以及流量传感器随位移变化的读数；

步骤四，根据实验需求若不进行土体试样10的固结，则按照步骤二改变土体试样10和能量桩试样12温度后，按照步骤三对能量桩试样12缓慢施加竖向位移，保持排水阀33关闭，记录各个应力传感器、各个位移传感器和孔压传感器的读数。

所述的三轴仪主机43为市场成品，详见南京土壤仪器厂有限公司tsz-3a型全自动应变控制式三轴仪底主机、tsz系列全自动三轴仪主机，所述三轴仪主机43通过数据采集通道采集到的数据通过数据线45显示在电脑46的特定安装程序上。

本实施例中竖向抬升加载装置和抬升平台３２结构相同，现有技术中可实现本装置要求的种类很多，本领域技术人员可根据实际需求选用，本实施例中采用的型号均为南京土壤仪器厂有限公司tsz-3a型全自动应变控制式三轴仪底座或者tsz系列全自动三轴仪底座。

中间平台对抬升平台施加位移的原理，参见南京土壤仪器厂有限公司tsz-3a型全自动应变控制式三轴仪底座或者tsz系列全自动三轴仪底座。

所述恒温水浴槽41型号为上海比朗仪器制造有限公司bilon-hw-10s型恒温水浴槽；所述低温恒温水浴槽39型号为上海比朗仪器制造有限公司bilon品牌dc系列低温恒温槽，水浴槽39内部有温度传感器、温度控制器、泵机等。通过通恒温液体到桩内部，控制桩体温度，液体能循环因为水浴槽内自带泵机。

所述的密封压力室，由有机玻璃材质的密封罩4、塑料顶板3a和底板3b组成，可耐不高于60℃的温度，密封罩4外直径为300-450mm，高度为350-600mm；塑料底板3b直径与密封罩外径一致，厚度50-70mm,中心位置预留与能量桩试样直径一致的开孔，并设有金属套环和密封环；密封罩空腔内设有传热管道，顶板表面预留进水口、出水口、温度传感器以及出气孔（方便对密封压力室注水）；进水口和出水口与压力室温度控制系统其余部件连接，温度传感器量程为-10^oc到70^oc。

所述的压力室传热管道为铜管，内径为6-8mm、壁厚1-2mm、在压力室空腔内螺旋分布，总长度为6-15m；通过压力室顶板表面进水口和出水口与压力室温度控制系统其余部件连接。

所述的能量桩试样12为预制圆柱形混凝土块或钢块，混凝土强度为c20-c60，预制的混凝土桩或者钢桩试样直径为25-40mm、高度为150-220mm，其混凝土桩或者钢桩试样外侧面粗糙度根据实际需要设定；预制圆柱形混凝土块内部预埋传热管，预制钢桩内部预设传热通道21（开孔制成空心传热通道）。

所述的桩体传热通道12为铜管或者钢管，内径为4-8mm、壁厚为1-2mm，长度为280-420mm，预埋在圆柱形混凝土桩内；通道形式为单u形；桩体传热通道与桩试样温度控制系统其余部件连接。

所述的空心圆柱形土体试样10，其内径为25-40mm，与能量桩试样直径一致、且紧密贴合，外径为61.8-101mm，高度为125-200mm；土体类别可以为砂土、粉土或者黏土，重制土样或者原状土样均可。

顶盖8高度为30-50mm，外径与桩周土体外径一致，底部中心设有圆柱形开孔，内壁光滑，开孔高度为10-40mm，直径与能量桩试样一致，顶盖与反压管、顶部排水管相连；环状透水石高度为10mm，内径与能量桩试样一致，外径与桩周土体外径一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。