近年来伴随着大型开采设备的发展,许多煤矿、铝矾土矿、石灰石矿等采用了露天开采的形式,致使整座山体倒置,形成一座座高堆积的欠固结山体。新能源的开发利用和电网的建设,需要架设大量的架空输电线路,而输电线路塔基的建设位于堆积欠固结土区的情况时有发生。欠固结土体沉降产生的变形导致建(构)筑物不均匀沉降甚至失稳,对经济、安全产生很大的影响。为探求堆积欠固结土区的基础沉降规律,本文选取阳泉地区具有代表性的欠固结铝矾土,通过室内试验研究和数值模拟,对欠固结铝矾土的物理力学性质和变形特性进行了较为全面的分析研究,提出相应的加固方法和基础选型方案,为解决此类实际工程问题,提供一定的参考价值。本文主要包括以下几个方面的研究成果:(1)首先对阳泉铝矾土回填区项目资料进行分析,通过物探测试铝矾土回填场地密实度差异,划分地层,为架空输电线路的地基处理和基础选型提供基础数据;其次通过常规土工试验对原状欠固结铝土的基本物理力学指标进行了分析,得出该回填区欠固结铝矾土特性不均匀,在此处进行工程建设须对欠固结铝矾土的物理特性进行认真分析。(2)通过压缩试验,表明阳泉欠固结铝矾土是一种中压缩性土,并对欠固结铝矾土在800 k Pa以内不同变形阶段的e-p曲线规律进行了研究。铝矾土回填场地虽然在自重作用下沉积多年,但对所取的原状欠固结铝矾土进行试验研究,结果表明该场地的回填铝矾土在自重作用下尚未完全固结,仍处于欠固结状态。通过对阳泉欠固结铝矾土固结系数变化规律的研究,表明其固结系数随压力变化呈现不同的变化趋势;通过湿陷性试验表明:该场地2 m深度内欠固结铝矾土为中等湿陷性,2~4 m深度欠固结铝矾土无湿陷性。土体湿陷性受含水量的影响较为明显,对于表层土体,含水量相对小,土体湿陷性强,湿陷系数大;对于较深土层,含水量相对大,土体湿陷性弱,湿陷系数小。(3)通过室内三轴试验,分别以围压和剪切速率为变量,设计了不同围压和不同剪切速率下的对照试验组,对欠固结铝矾土力学特性的影响规律进行了研究,结果表明:欠固结铝矾土三轴试验的应力-应变曲线呈现弱软化型。欠固结铝矾土的极限应力差与围压呈正比关系,围压越大,极限应力差越大,且土体破坏时的应变越大。当围压增大时,土体应力-应变曲线由软化向硬化发展;在相同的围压下,随着剪切速率的增大,其应变软化的现象也会越明显,表明高剪切速率会导致应变软化现象的出现。由于土样内部孔隙和裂缝的存在,使得土样受剪切速率影响比较明显,所以欠固结铝矾土应变软化现象在低围压下比高围压条件下受剪切速率影响更为明显。(4)结合土的基本物理性质试验、压缩试验以及室内三轴试验,运用FLAC3D模拟、蠕变沉降实用算法、分层总和法,研究了高堆积欠固结铝矾土体地基处理前后的沉降情况;通过FLAC3D模拟,计算结果与实际欠固结铝矾土地基变形基本一致。对地基土换填之后,将计算沉降的三种方法结果进行分析,基础最大沉降值为11.04mm,基础不均匀沉降最大差值为6.2mm,小于规定的直线杆塔计算挠度限值3‰;堆填5年时沉降变缓,10年时基本趋于稳定。(5)根据场地回填土堆积年限、场地堆积年限及场地长期沉降量,对架空输电线路相应的堆积年限提出合理的地基处理和基础选型设计方案。堆填土在5年以内,需要对欠固结地基进行改良处理,对基础选型需综合堆填深度、长期沉降量,确定设计方案;堆填土在5年以上,土体沉降变化已趋缓,对塔基稳定影响较小,可不采取地基处理措施,仅采用钢筋板柱基础并加长地脚螺栓即可满足杆塔稳定要求;堆填土在10年时沉降基本趋于稳定,视情况采用原状土设计或相关基础措施。