1. 引言

靜態液化涉及土強度的突然喪失和在沒有地震作用下的液化，已被確定為許多尾礦壩潰壩的原因。本文總結了由靜態液化引起的4個尾礦壩潰壩的案例(其中3個在以前的公眾號文章中討論過)，以此作為類比對象來檢查目前尾礦壩靜態液化的可能性。

• 尾礦壩靜態液化的觸發因素和機理 (static liquefaction)
  

• 靜態液化模擬(Static Liquefaction)
  

• 使用非排干脆性指數粗略估算靜態液化(undrained brittleness index)

2. 破壞案例

2.1 Brumadinho dam

2019 年 1 月 25 日發生在巴西的布魯馬迪尼奧災難 (Brumadinho dam)是歷史上最嚴重的尾礦壩潰壩事故之一，排放了近1200萬立方米尾礦，淹沒了下游地區，造成至少270人死亡。調查指出尾礦內的靜態液化是可能的破壞機制，穩定性分析表明即使在災難發生之前安全系數也很低。專家小組將破壞歸因于蠕變應變導致強度突然喪失以及強雨期后土吸力喪失。后來的一項研究指出了鉆井引起的液化，這也顯示出最終確定破壞原因的挑戰。

• 尾礦壩破壞原因的不同解釋

• 尾礦壩破壞原因解釋的不確定性

• 布魯馬迪尼尾礦壩破壞的原因(Brumadinho dam disaster)
  

2.2 Merriespruit dam

1994 年南非的 Merriespruit 尾礦壩潰壩也歸因于靜態液化。暴雨導致尾礦壩潰決，釋放出 60 萬立方米的尾礦，順流而下 3公里，淹沒了 Merriespruit 村。溢流和侵蝕是直接原因，但研究表明靜態液化是導致液化尾礦釋放的潛在破壞機制。Fourie、Blight 和 Papageorgiou 認為靜態液化可以解釋 Merriespruit 的破壞，并列舉了高水位和尾礦松散狀態等因素。然而，Brzezinski在發表的討論中批評了他們的解釋。原作者在已發表的答復中捍衛了自己的立場，進一步說明了最終將靜態液化確定為破壞模式的復雜性。

• 尾礦壩破壞原因解釋的不確定性

• 尾礦壩發生溢流的可能性(Overtopping)
  

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2.3 Stava dam

1985年意大利斯塔瓦(Stava)尾礦壩的潰壩同樣涉及尾礦的靜態液化，而高潛水位和排水不良加劇了這種情況，尾礦泄漏造成268人死亡。【從斯塔瓦(Stava)尾礦壩破壞案例中汲取教訓】，穿過尾礦的傾析管(decant pipe)堵塞是這次災難的觸發因素。

[1] (1995) The Stava tailings dam failure, Italy, July 1985.

[2] (2014) Dam Failures in the 20th Century: Nearly 1,000 Avoidable Victims in Italy Alone 

[3] (2017) The failure of the Stava Valley tailings dams (Northern Italy): numerical analysis of the flow dynamics and rheological properties

[4] (2018) The Stava Valley Tailings Dams Disaster: A Reference Point for the Prevention of Severe Mine Incidents

2.4 Wachusett dam

Olson等人研究調查了1907年馬薩諸塞州沃楚塞特大壩(Wachusett Dam)上游邊坡的靜態液化破壞，他們的分析強調了倒退靜態液化流破壞的可能性。Moriwaki等人對分析的各個方面提出了批評，但一致認為液化可能是失敗的原因。

[1] (2000) 1907 static liquefaction flow failure of the north dike of Wachusett dam. 

[2] (2003) The Pre- and Post-Failure Deformation Behaviour of Soil Slopes

[3] (2009) Evaluation of Flow Liquefaction and Lique?ed Strength Using the Cone Penetration Test

[4] (2013) Static liquefaction-triggering analysis considering soil dilatancy

[5] (2015) Engineering Evaluation Of Post-Liquefaction Strength

[6] (2018) Characterisation of Static Liquefaction of Sand with Different Mixtures of Fines 

3. 關鍵因素

導致靜態液化破壞的關鍵因素包括：

(1) 高潛水位和排水不充分導致孔隙壓力過大

(2) 松散、未固結的尾礦，容易發生未排水破壞和液化

(3) 邊坡不穩定和變形可能導致液化的觸發條件

(4) 強降雨或地震震動會進一步擾動松散的尾礦并導致孔隙壓力增加

因此，穩定性評估標準和排水控制措施對于管理液化風險至關重要。尾礦壩的穩定性分析至關重要，需要評估安全系數、變形、滲流、孔隙壓力、液化勢和破壞模式等因素，以確保尾礦壩的穩定性，但目前預測精確的破壞模式仍然是一個挑戰。另一方面，強降雨引起的溢流和侵蝕可能會導致尾礦壩潰壩，這凸顯了有效風險管理策略的必要性，通過適當排水和尾礦固結以減輕液化風險。地震液化也是尾礦壩的主要風險，因為地震引起的循環剪應力也會引發液化。過去幾十年來，靜態液化和地震液化都是許多尾礦壩潰壩的罪魁禍首。

文章來源：計算巖土力學