1 引言

Rocscience將于2022年3月23日舉辦一場webinar，報告題目是《Analysis and Design of Tailings Dams using Numerical Methods(利用數值方法分析和設計尾礦壩)》,以此來推廣它的旗艦產品RS2/RS3和Slide2/Slide3，敬請感興趣的朋友關注本公眾號的信息，屆時將總結這個報告的精華部分。

2 數值模擬工具

尾礦壩設計需要進行穩定性分析，根據回顧尾礦壩穩定性分析的案例，發現大多數使用的是極限平衡法，最常使用的軟件是Slope/W和Slide2, 也有部分公司使用Plaxis，少部分公司使用FLAC。普遍認為，對于非飽和土的極限平衡穩定性分析，Slope/W的分析結果比Slide2更好一些，因此在加拿大, 大部分土體邊坡穩定性分析使用Slope/W。Anyway, 無論采用哪種方法，材料參數的確定是最重要的，其次是材料本構模型的選擇，包括水壓力的考慮。

3 尾礦壩破壞機理

對于任何巖土穩定性分析來說，數值模擬只是檢查破壞機理的一種手段，更多的是從觀察和試驗中得出破壞機理。在目前的工作中，除了回顧《Independent Expert Engineering Investigation and Review---Mount Polley Tailings Storage Facility Breach(獨立專家工程調查和審查---Mount Polley尾礦儲存設施破壞事件)》之外，還回顧了近期尾礦壩破壞分析的4份研究報告，包括：

(1) Allen Marr(Geocomp, USA): Geotechnical aspects of tailing dams(尾礦壩的巖土工程問題)

(2) Michael Jefferies(Golder Associates, Canada): Improving governance will not be sufficient to avoid dam failures(提高監管不足以避免大壩破壞)

(3) Chad LePoudre(BHP, Canada): Tailings faiulre case studies,statistics and failure modes(尾礦庫的案例研究、統計和破壞模式)

(4) Scott M. Olson (University of Illinois at Urbana-Champaign, USA) The shear strength of liquefied soils-updates and new developments(液化土的抗剪強度-更新和新的發展)

4 波利山尾礦壩數值模型

波利山尾礦壩【能精確預警尾礦壩的潰壩嗎?|波利山(Mount Polley)尾礦壩事故調查】的簡化模型如下圖所示，壩體由5部分組成。尾礦壩不透水部分是S區(Till core)，這個區的材料是從其它地方搬運過來的，由冰川沉積物till組成。C區(Rockfill)的作用是支撐S區，如果沒有它S區就不穩定。當滲流通過S區或S區的材料發生開裂時，其相對細粒的材料可能會侵蝕到S區中。F區(Filter)和T區(Transition)的作用是收集穿過S區的任何滲流，并阻止細粒物質從S區中移出。T區是向C區的過渡帶，其目的是阻止過濾材料遷移到C區。雖然C區在一定程度上被壓實以提高其密度，但這并不足以阻止F區的物質遷移到C區。因此需要一個過渡帶T區。

壩體主要的材料參數如下：

(1) S zone(Till core): 密度20.5kN/m^3,內摩擦角35°，Mohr-Coulomb破壞準則；

(2) C zone(Rockfill): 密度22.0kN/m^3,Shear Normal Function破壞準則；

(3) U zone(Upstream fill): 密度18.0kN/m^3,內摩擦角30°，Mohr-Coulomb破壞準則；

尾礦壩地基土由四種材料組成，主要的材料參數如下：

(1) Upper till: 密度21.0kN/m^3,內摩擦角35°，Mohr-Coulomb破壞準則；

(2) Upper Glaciolacustrine: 密度20.0kN/m^3, TAU/Sigma比0.27, SHANSEP模型；【Update---新增SHANSEP材料模型(HYRCAN V1.90.0)】

(3) Lower tills: 基巖(不可滲透);

(4) Bedrock: 基巖(不可滲透) 

基于上述模型，使用極限平衡法Slope/W得出的最小安全系數是0.991.