“坝前淤泥面加坝”是宁夏南部黄土丘陵地区及其周边省区水库除险加固工程中普遍采用的施工方法。长期以来工程中对“坝前淤泥面加坝”技术的理论可行性分析、施工技法总结等的完整理论分析资料较少,目前“坝前淤泥面加坝”工程的设计和施工多依靠工程经验来进行,虽基本满足工程需要,但在长期应用中仍暴露出一些问题和不足。本文针对“坝前淤泥面加坝”施工方法中饱和淤泥土的大变形非线性固结沉降特点,借鉴分段线性有限差分方法思想,在分层碾压填筑加载方式下,对坝前淤泥土的固结计算理论进行研究。以宁夏固原市采用坝前淤泥面加坝进行除险加固的相关水库为研究对象,引入分段线性差分方法(CS2.APiecewise-Linear Model For Large Strain Consolidation)并结合堆载预压固结措施,建立了坝前淤泥土分段线性差分一维大变形固结模型,模拟土坝加高施工中的分级加载过程,探讨坝前淤泥土一维固结过程中考虑大变形固结与小变形固结之间的差异性;在此基础上,分析和建立分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型,以径向固结模型模拟计算了坝前淤泥土中插入塑料排水板后,淤泥土在加载过程中的固结度、超孔隙水压力的消散状况和孔隙比的变化。主要研究内容和结论如下:(1)利用固结、渗透仪器开展逐级加载条件下不同深度处坝前淤泥土固结-渗透特性试验,研究结果表明:①在同一荷载作用下,随着深度的增加,淤泥土样的变形量逐渐减小;②不同深度处的淤泥土孔隙比随着荷载的增大逐渐减小,e-lgp曲线均表现出直线状态,孔隙比与固结压力之间呈现明显的对数关系;③不同深度处的淤泥土渗透系数均随着固结压力的增大而减小,后期降低较缓慢,呈现出明显的非线性,且孔隙比与渗透系数关系密切,渗透系数随孔隙比的减小而逐渐减小,利用单指数衰减方程可以较好地表达淤泥土渗透系数与固结压力及孔隙比与渗透系数之间的关系。(2)建立坝前淤泥土分段线性差分一维大变形固结模型,编制Fortran计算程序,计算分析表明:①在固结的初始阶段,以坝前淤泥土沉降变形为基础的大变形固结度与小变形固结度之间相差较小,随着时间的增加,大变形固结度发展较小变形固结度缓慢,在实际施工过程中计算淤泥土固结度时应以大变形计算值为参考;②同一时刻、同一深度处的大变形超静孔隙水压力的计算值大于小变形计算值,在淤泥土土工参数一定的条件下,当土体的变形较大时,小变形固结得到的超静孔压有较明显的消散;③第四级加坝结束后淤泥土内的超静孔压值达到最大,此时土体有效应力最小,施工时应对这一时段进行重点监测。(3)建立分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型,编制Fortran计算程序,得出结论如下:①在计算模型中增设竖向排水板,淤泥土的固结速率明显加快,与未增设竖向排水板时计算的淤泥土固结度相比,提前43天达到相同的固结度。②由于竖向排水板的布设,淤泥土中超静孔压随着时间的增加逐渐消散,淤泥土内布设塑料排水板与未布设塑料排水板相比,可节约163天工期。