靜態液化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
靜態液化的實例教程
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。
展開 引言
靜態液化的本質是土的剪切強度突然失去，盡管現代靜態液化分析使用了先進的數值模型【靜態液化模擬(Static Liquefaction)；液化模擬(Liquefaction Modeling)】，但由于我們已經初步掌握了土體的物理力學性質，因此可以使用試驗室三軸壓縮數據和現場CPT測試數據快速進行靜態液化的驗證和評估。本文簡要討論了使用非排干脆性指數評估靜態液化(undrained brittleness index)。
2. 非排干脆性指數
非排干脆性指數IB是Bishop(1971)提出的一個概念，用來評價土的靜態液化。IB=土的屈服強度(峰值強度)減去土的液化強度(殘余強度)，然后再除以土的屈服強度，如下式表示。
IB的值域范圍是[0,1]，IB=1意味著土呈現出非常高的脆性，強度完全失去，而IB=0意味著土在應變過程中沒有失去強度。
3 靜三軸壓縮試驗驗證
靜三軸壓縮試驗與【Duncan-Chang雙曲線模型的材料參數(Hyperbolic Material Model)】中描述的試樣相同，取自1#尾粉土，圍壓Sigma3分別為100kPa, 200kPa, 300kPa和400kPa。從圖中可以看出，沒有明顯的應變軟化趨勢，IB的值趨于0，因而可以推斷出尾粉土的靜態液化可能性不大。
一些研究者也提出了更精細的關系式來計算IB，例如：
4 CPT驗證
一些研究者使用CPT的錐頭貫入阻力估算IB，例如下式：
根據24個鉆孔的統計數據顯示，qc的最大值為6.54MPa，最小值為2.42MPa, 平均值為4.32MPa，如果按照平均值估算，IB值的范圍在0.59~0.71之間，這顯示出尾粉土有一定的靜態液化趨勢。
展開 (1) Merriespruit
Merriespruit尾礦壩官方最后發布的主要破壞原因是溢流(Overtopping)，然而一些研究者指出，尾礦壩破壞時并未觀察到溢流現象，因而溢流不是尾礦壩破壞的真正原因，Fourie等人(2001)最先使用靜態液化理論解釋了破壞原因，參看《(2001) Static liquefaction as a possible explanation for the Merriespruit tailings dam failure. Canadian Geotechnical Journal, 38, 707–719. (pdf)》
(2) Brumadinho
以Dr. Robertson為組長的Brumadinho事故調查小組最后的結論是蠕變和靜態液化導致了壩體破壞。由于持續的內部蠕變應變(creep rupture)和2018年末強降雨引起的非飽和區域吸力損失造成的強度降低導致了壩體突然強度損失和破壞。在尾礦沉積于2016年7月停止之后，經歷了幾年的增加降雨量。非飽和帶中的內部應變和強度降低達到了臨界水平，導致了壩體最終破壞【布魯馬迪尼尾礦壩破壞的原因(Brumadinho dam disaster)】。
雖然Robertson等人(2019年)和CIMNE(2021年)都同意尾礦的脆性行為是導致靜態液化事件的關鍵因素，不過，本次事故的第二個調查小組CIMNE得出的結論是觸發靜態液化的近期事件并非蠕變和暴雨的組合，而是由壩頂附近安裝監測儀器時的高壓鉆探產生的。此外，CMINE不同意鐵氧化物鍵合的形成是導致尾礦壩破壞的重要因素。CIMNE說他們沒有發現任何與尾礦的分級無關的顯著鍵合證據。尾礦的非排水脆性不是鍵合的結果。
展開 【使用非排干脆性指數粗略估算靜態液化(undrained brittleness index)】
[2] (2022) Slope geometry optimization considering groundwater drawdown scenarios at an open-pit phosphate mine, southeastern Brazil.【ChatGPT---學術文獻引用的反向校準】
文章來源：計算巖土力學
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【使用非排干脆性指數粗略估算靜態液化(undrained brittleness index)】
[2] (2022) Slope geometry optimization considering groundwater drawdown scenarios at an open-pit phosphate mine, southeastern Brazil.
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。
引言
靜態液化的本質是土的剪切強度突然失去，盡管現代靜態液化分析使用了先進的數值模型【靜態液化模擬(Static Liquefaction)；液化模擬(Liquefaction Modeling)】，但由于我們已經初步掌握了土體的物理力學性質，因此可以使用試驗室三軸壓縮數據和現場CPT測試數據快速進行靜態液化的驗證和評估。
雖然Robertson等人(2019年)和CIMNE(2021年)都同意尾礦的脆性行為是導致靜態液化事件的關鍵因素，不過，本次事故的第二個調查小組CIMNE得出的結論是觸發靜態液化的近期事件并非蠕變和暴雨的組合，而是由壩頂附近安裝監測儀器時的高壓鉆探產生的。此外，CMINE不同意鐵氧化物鍵合的形成是導致尾礦壩破壞的重要因素。CIMNE說他們沒有發現任何與尾礦的分級無關的顯著鍵合證據。
