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目前,我国正处于快速城镇化阶段,各城市地下空间大规模开发建设,产生了巨量工程渣土,年产生量达20亿吨。预计在未来十年内,建筑垃圾年产量呈增长趋势,巨量工程渣土处置成为了我国目前急需破解的难题。目前工程渣土的处置方式以堆填为主,不但占用了大量的土地资源,而且一些渣土场设计不合理以及运营不规范导致渣土场边坡存在滑坡的风险。深圳光明新区12.20滑坡事故反映了我们对渣土的工程特性、渣土安全堆填技术缺乏深入认识。此外,将渣土用于回填矿坑需突破回填地基工后沉降技术等难题,将渣土用于堆山造景需突破软土地基处理、堆山体滑坡防控等技术难题。这些难题的解决均需要到对工程渣土的变形、强度和渗透特性有深入认识,尤其是掌握不同工程渣土快速堆填下的孔压产生规律和排水减压措施。本文通过超重力模型试验对深圳CDG渣土和浙江淤泥质渣土在快速堆填下孔压产生及排水减压规律进行了深入研究,通过数值计算分析了渣土含水率、堆填方式、堆填速率和水位等因素对边坡稳定性的影响。本文主要工作和相应成果如下:(1)通过超重力模型试验,对深圳CDG渣土开展了不同初始饱和度在快速堆填下孔压产生规律研究,试验结果表明:CDG渣土初始饱和度越高,孔压产生越高,孔压系数越大。当加速度为100 g时,模型对应高度90 m,高含水率侧模型底部产生最大孔压为1068kPa,低含水率侧模型底部产生最大孔压为629kPa;高含水率区域侧CDG渣土平均饱和度从70%增加至93%,低含水率区域侧CDG渣土平均饱和度从50%增加至71%。非界面处孔压系数随g值增加而增加;高含水率区域侧10 g～100 g孔压系数变化范围为0.62～0.71,10 g～100 g孔压系数变化范围为0.07-0.43;试验层与加载层界面处的孔压系数显著低于非界面处的孔压系数。(2)通过超重力模型试验,对浙江淤泥质渣土开展了快速堆填下孔压产生规律研究,试验结果表明:淤泥质渣土在无排水措施的条件下,孔压和孔压系数随堆填高度增加而增加,孔压系数增加速率随着堆填高度增加而逐渐减小。淤泥质渣土在0～60 m的快速堆填过程中,孔压系数变化范围为0.72～0.84,在快速堆填至60m高度时,底部产生最大孔压约为918kPa。在淤泥质渣土中设置土工复合排水网,可以加快孔压消散,排水距离越短,孔压消散幅度越显著。双面排水条件下,316天时5m厚土层中心处孔压消散度约为9%,5年时10 m厚土层中心处孔压消散度约为21%;在淤泥质渣土中设置土工复合排水网可以降低土体含水量,土体不排水抗剪强度有明显提高。(3)通过超重力模型试验,对浙江淤泥质渣土开展了排水减压研究,试验结果表明:在淤泥质渣土中铺设水平排水网和设置向上排水通道,可以有效使土体内部超孔压消散,水平排水网间距越小,超孔压消散幅度越显著。双面排水条件下,10 m厚淤泥质渣土在16.8年后中点处超孔压消散幅度为91%～96.7%,15 m厚淤泥质渣土中心处超孔压消散幅度为24%～30.4%,20 m厚淤泥质渣土中心点超孔压消散幅度仅为15%。在淤泥质渣土中铺设水平排水网和设置向下排水通道,可以有效使土体内部孔压消散,显著缩短孔压消散时间,水平排水网间距越小,孔压消散幅度越显著。双面排水条件下,10 m厚淤泥质渣土在7.7年后中点处孔压消散幅度为87.8%～91.5%,15m厚淤泥质渣土中心处孔压消散幅度为35%左右,20m厚淤泥质渣土中心点孔压消散幅度仅为14.1%。设置土工复合排水网可以显著降低土体含水量,土体不排水抗剪强度显著提高。建议在淤泥质渣土实际堆填工程中,可以通过铺设水平排水网联合插打竖向排水板、设置导排盲沟等工程措施消散土体孔压,水平排水网层间距设置不超过10m,以5m为宜。(4)基于深圳CDG渣土和浙江淤泥质渣土快速堆填下孔压产生规律,对已失稳滑动的深圳红坳渣土场和正在堆填施工的宁波山银岙渣土场堆填体边坡稳定性进行了分析。深圳红坳渣土场堆填体边坡稳定系分析结果表明:根据输入孔压系数得到的孔压进行有效应力法稳定性计算,得到的滑动面穿过高含水率区,形成深层滑坡,滑出前缘位于第三台阶,与现场勘察的情况基本吻合,计算建立的分析模型可靠,孔压系数准确地反映了渣土场边坡在快速堆填下的孔压大小。宁波山银岙渣土场堆填体边坡稳定性分析表明:堆填体设计边坡处于稳定状态。(5)根据极限平衡分析法,通过数值计算分析了渣土含水率、堆填方式、堆填速率和水位等因素对边坡稳定性的影响。分析结果表明:控制渣土堆填体边坡填土含水率为较低水平,可以提高边坡稳定性,此外还需调整渣土的堆填方式;若渣土堆填速率过快,即使渣土含水率较低,边坡稳定性仍然会显著降低;当边坡中存在高含水率渣土时,通过控制填土堆填速率的方式仍然可以使得边坡处于稳定状态;渣土含水率较低,堆填缓慢,前期堆体中无超孔压产生,但后期由于外来水进入堆体导致水位升高,仍然会使边坡稳定性显著降低。堆填场应根据安全等级、周围环境、工程地质和水文地质等采取合理、可行、有效的措施保证施工和运营安全。稳定安全控制应重点进行渣土含水率、堆填速率和堆体内水位的控制。同时应对边坡水平位移、沉降、水位以及超孔压进行长期监测。