目前我国大中城市周边均存在数量众多的污泥填埋库,每年污泥填埋量高达数十万吨,开始面临无地可填的困境。对填埋库污泥进行原位减量处置,可大幅提高填埋土体使用效率,同时可消除污泥库安全隐患。本文提出采用“化学调理联合真空预压”方法对填埋污泥进行减量处理,由于这一处理方法尚属首例,目前尚缺乏可以参考的设计分析方法和工程实例。本文通过单元体试验、模型试验、现场试验、数值模拟等手段,系统研究市政污泥水分存在形式及转化规律,调理污泥排水固结特性,调理污泥在真空预压过程中沉降、强度变化规律、负压传递特性及低渗透层控制措施,并提出适用于污泥真空预压的设计分析方法和施工工艺。本文主要工作和相应研究成果如下：(1)提出基于土水势来构建市政污泥水分分布的方法,通过渗析法和相对湿度法联合测试市政污泥的土水特征曲线,进而获得污泥水分结合能与含水量关系。相对于传统的膨胀计法和热重差热分析方法,该方法测试过程中试样结构变化小,可以构建结合能小于1kJ/kg的试验段。根据土壤科学中不同形式水分划分方法及对应的土水势特征点,得到本文研究污泥试样中强结合水、弱结合水、毛细水、自由水含量分别为污泥干基的73%、167%、400%、220%。经过固结压缩作用(2.5kPa),污泥试样中强结合水含量基本不变,弱结合水、毛细水、重力水均有不同程度减小,且毛细水含量降低最多。化学调理作用后,污泥试样中重力水含量增加,强结合水含量基本不变。(2)通过固结试验、抽滤试验研究了不同化学调理组合对填埋污泥固结特性、抽滤特性的影响。试验结果表明：调理剂氯化铁能有效改善国内4种不同来源污泥的固结排水特性。未调理污泥的固结系数在10-5cm2/s量级,化学调理后污泥的固结系数显著提高；添加10%氯化铁后,污泥固结系数提高约3-5.3倍,其值为3.9×10-5cm2/s-5.3×10-5cm2/s范围内。根据固结试验和抽滤试验结果,建立污泥固结系数和比阻的关系。氯化铁调理后,污泥zeta电位减小、絮体与水分结合能力降低,是其渗透性提高的主要原因；环境扫描电镜试验结果表明,添加氯化铁后污泥絮体结构变得致密。(3)通过模型试验研究真空预压技术处理未调理市政污泥的效果和可行性。结果表明,真空预压技术可实现市政污泥的初步减量和形成初始强度,但由于市政污泥的排水固结特性较差,总体减量效果仍有待改善。真空预压过程中,排水板附近区域污泥含水量、渗透系数降低显著,会阻碍离排水板较远处污泥的排水固结。减少排水板间距及二次插板能提高污泥减量处理效果。(4)提出“化学调理联合真空预压”方法处理市政污泥,为验证该方法的适用性,开展中试试验和现场试验,研究调理污泥在真空预压过程中材料及工艺参数、污泥沉降变化规律、负压传递特性。试验结果表明提出的方法可有效对污泥实施减量。中试试验(污泥库3m深,18m2)经过68天真空预压,调理污泥减量47.5%；现场试验(污泥库平均7m深,4300m2)经过114天真空预压,调理污泥减量40%。现场试验中真空荷载沿排水板竖向没有出现衰减,即便在排水板发生较大沉降变形(2.91m)。污泥中孔庄相对于静水压力没有减小,这与污泥类高含水量土体的固结特性有关。整体式塑料排水板在污泥真空预压试验中表现出良好性能：芯板在大变形后保持完整,滤膜能抵御化学腐蚀环境,板体能有效传递真空荷载至污泥库底(最大深度为8m)。(5)编制了大变形非线性竖井固结数值分析程序,采用程序对污泥真空预压模型试验、中试试验和现场试验进行数值模拟,并将数值模拟结果与实测结果进行比较分析。结果表明：基于自由应变和等应变的的模拟结果均不理想；自由应变模拟沉降远小于实测沉降,等应变模拟沉降高于实测沉降。因此提出考虑排水板周围低渗透层的简化分析方法,假定排水板周围低渗透层在预压后快速形成,其半径rs为排水板等效半径rw的3倍(rs/rw=3),低渗透层内污泥初始渗透系数ks/kh=1/10-1/40,采用这一分析方法计算沉降与实测沉降吻合较好。污泥在真空预压过程中,基于孔压固结度Up远小于基于位移固结度Us。因此推荐采用有效应力法计算污泥在真空预压过程中的强度增长,污泥层平均有效应力根据污泥层沉降(平均含水量)得到,该方法可描述污泥层强度随应变的非线性增长过程。(6)采用真空抽滤柱体试验,研究滤膜孔径和滤膜周围一定区域污泥调理方案对真空预压过程中低渗透层的控制效果。试验结果表明,在排水板滤膜周围一定区域(5cm)采用氯化铁、氧化钙和粉煤灰的调理组合能够控制低渗透层的形成。在本文研究滤膜范围内,增大滤膜孔径对控制调理污泥低渗透层的效果不理想。