尊龙凯时

免责声明：本案例研究，仅由 GDS Instruments 对果真可用的手艺报告举行审查息争释后编写。本案例研究未经第三方审查，不组成任何形式的手艺建议。

2018 年 3 月 9 日下昼,位于澳大利亚新南威尔士州中西部的卡迪亚河谷项目项目北部尾矿库设施（Cadia Valley Operations (Cadia) Northern Tailings Storage Facility (NTSF)）的南部堤防约 300 m 段爆发了流动性坍塌。堤防坍塌导致 NTSF 释放尾矿，释放的尾矿在相邻的南尾矿贮存设施 (STSF) 内被捕获。Cadia现场职员在当天早些时间视察到的开裂（路堤顶部）和逆冲（路堤坡脚处），使得在塌落爆发之前，能够实时疏散工地以及一些下游的住宅。这导致了经济损失，但没有造成显着的社会或情形影响。为此建设了一个自力的手艺审查委员会（ITRB），以确定Cadia NTSF路堤坍塌的手艺缘故原由。ITRB在四月十七日2019日（杰夫里等人，2019）报告了其发明，得出在坍塌周围先前未识别的低密度基础层由于路堤结构施加的荷载而逐渐变形的结论。

当这种变形速率迅速增添时，贮保存NTSF内的尾矿液化，显著增添了路堤上的荷载。地基已经弱化，最终无法对抗荷载的增添，导致堤坝坍塌。本案例研究简要总结了ITRB报告的一些岩土工程发明。

详细而言，它着重于视察时代举行的高级实验室测试妄想的各个方面，其中使用了由GDS公司设计和制造的高级循环动单剪、三轴、弯曲元系统和恒应变速率固结实验系统。我们强烈建议尊龙凯时读者参考纽克雷斯特矿业有限公司（NML）宣布的果真ITRB报告，以获取有关Cadia NTSF路堤坍塌的完整谈论
；箍梢点击这里寓目10分钟的坍落简明手艺总结。

图 1：阻止 2018 年 9 月 13 日的 Cadia NTSF 南部路堤坍塌位置的鸟瞰图。

泉源：谷歌地球，图片 © 2021 CNES / Airbus。

NTSF的设计和制作是为了封存卡迪亚金矿和铜矿开采作业爆发的尾矿。最初的NTSF路堤于1998年完工，包括一个最大高度为50 m的堆石坝，随后的路堤凸起妄想使用刷新的中心线施工。

到2016年尾，路堤已抵达其初始目的最大高度91 m，但最终接纳下游、中心线和上游施工相团结的方法修建路堤。

2017 年头，最先使用上游施工举行特另外 3 m 加高（第 10 阶段），并于 2017 年年中在坍塌位置周围完成加高。

然而，2017年举行的锥体贯入试验（CPT）引起了对路堤稳固性的担心，因此建议制作两个支墩，以提高静态和动态荷载下的稳固性（第1阶段和第2阶段支墩，如图2所示）。在坍落位置：

?   第一阶段支墩于 2017 年底最先施工，并于 2018 年 3 月 5 日完工。

?   2018 年 1 月，从堤坝趾部挖出约 5.5 m 的质料，为第二阶段支墩施工准备基础。挖掘出的质料包括凌驾 4 m 的群集尾矿以及一些地基质料。

?   第二阶段支墩的建设在坍塌时尚未最先。

图 2：Cadia NTSF 路堤在第 10 阶段的简化示意图。请注重，在坍塌时，第 2 阶段的支墩施工尚未最先。

图 3：路堤坍塌周围地基质料的简化剖面。

还注重到堤防在坍塌爆发的前一天（2018 年 3 月 8 日）履历了两次初级地动（约 MW3，相隔十秒左右）。

图 3 显示了坍落周围地基质料的基础轮廓。 虽然卡迪亚的地质重大性凌驾了本案例研究的规模，主要的是要注重靠近路堤基础水平的森林礁火山岩 (FRV) Unit A 层的保存。

由于这种地基质料被确定为导致路堤坍塌的最主要的特征。这是由于 FRV Unit A 质料密度低（孔隙比约为

0.8 到 1.5），相对较弱，高度可压缩，并在荷载作用下显示应变削弱响应。值得注重的是，在路堤坍塌爆发之前，FRV Unit A 尚未被识别。

ITRB 的使命是确定路堤坍塌的手艺缘故原由。于是 ITRB 审查了NTSF 制作历史，并委托举行了普遍的地下现场视察、先进的实验室测试和种种荷载条件下路堤的先进数值剖析
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由 ITRB 委托举行的实验室测试妄想能够评估尾矿、路堤和地基质料的加载响应，并提供用于高级数值剖析的质料特征。

虽然作为测试妄想的一部分由许多实验室举行了许多差别的测试，但本案例研究将重点限制在 Golder 的珀斯实验室 (Golder ;www.golder.com/testing-services/)

举行的高级直剪单剪（DSS）、三轴、弯曲元和恒速应变测试对尾矿和FRV单位举行了基础质料的研究。请参考ITRB报告附录D和附录E，相识作为ITRB视察一部分举行的实验室测试的更多详情。

a) 单协调循环直接简朴剪切 (DSS) 测试。

作为高级实验室测试妄想的一部分，Golder 对许多尾矿级配和 FRV Unit A 试样举行了 24 次恒定体积直接简朴剪切测试。该测试是使用 GDS 电无邪态循环简朴剪切 (EMDCSS) 装备举行的，该装备能够通过设计的低柔顺性的 DSS 装备剪切（单协调/或循环）时代坚持恒定的试样体积，自动高度控制，以及通过一堆低摩擦叠环（或者，也可以使用钢丝增强橡胶膜）举行物理侧向约束。

图 4：GDS 电无邪态循环单剪 (EMDCSS) 装备。

Golder 在 GDS EMDCSS 装备内测试的 12 个重组尾矿试样标称直径为 100 毫米，并被固结到 50 kPa 或 300 kPa 笔直有用应力。所有试样都比固结后预计的原位尾矿状态稍松。

在循环剪切的十个试样中，八个在固结阶段施加了初始剪切应力误差（笔直有用固结应力的 5% 或 30%）。对其中八个试样施加频率为1Hz的正弦循环荷载，同时对两个试样施加自界说循环荷载，模拟2018年3月8日爆发的两次低震级地动的地面运动。图5显示了GDSLab软件界面，供用户在GDS EMDCSS内执行测试时界说自界说循环荷载。

以每小时约5%的剪切应变率对两个试样举行枯燥剪切。

图 5：GDSLab 软件界面，用于在 GDS EMDCSS 内执行测试时界说自界说循环载荷。

从恒定体积循环 DSS 测试中获得的数据批注，在路堤坍塌之前的两次低震级地动（循环应力比约为 0.05）不会在尾矿试样中引起显著的超孔隙压力累积或剪切应变。详细而言，在施加 5 到 15 个荷载循环后视察到的超孔隙压力约为初始笔直有用应力的 10%

，而不管在固结时代使用的静态误差。

Golder 在 GDS EMDCSS 装备内测试的 12 个 FRV 单位 A 样本标称直径为 60 毫米，并且施加固结到 250 kPa 到 1200 kPa 之间的笔直有用应力。接着发明试样固结后的干密度规模为 1.29 至 1.59 t/m3。在这些测试中固结阶段未施加初始剪应力误差，所有测试都以每小时约莫 2% 的剪切应变率举行枯燥剪切。其中 9 个试样由管状或块状样品制备，3个试样使用内部压实办法重塑而成。

对从管状或块状样品制备的样品，举行恒定体积的枯燥 DSS 测试获得数据峰值不排水强度比（即峰值剪应力除以笔直有用固结应力）的预计0.26 到 0.56 的规模，取决于固结应力和管或块采样位置。主要的是，样本通常体现出应变弱化行为（如，剪应力降低）一旦土壤应变凌驾峰值剪应力，突出了 FRV Unit A 质料的脆性响应。峰值后平均强度损失约为 25%（强度损失规模约为 0 至 40%）。

图 6：FRV Unit A在 GDS EMDCSS 内恒定体积条件下举行枯燥 DSS测试的试样的应力-应变曲线。

图 7：在 GDS 办公室的 GDS 电无邪态循环动单剪 (EMDCSS) 装备中在恒定体积条件下测试清洁砂样的照片。该测试与 Cadia NTSF 路堤坍塌视察无关，仅用于说明目的。

b) 三轴测试

作为高级实验室测试妄想的一部分，Golder 对多个尾矿级配和 FRV Unit A 样本举行了 41 次三轴 (TX) 测试。该测试是使用 GDS 三轴自动化系统 (GDS TAS) 举行的，该系统接纳先进的速率控制荷载框架和 GDS 压力/体积控制器将轴向和径向应力应用于三轴测试试样。

图 8：GDS 三轴自动化系统 (GDSTAS)。

通过对排水（20 次测试）和不排水条件（12 次测试）下的各向同性固最后矿试样，应用应变控制枯燥压缩，总共举行了 32 次 TX 测试，效果用于确定临界状态线 (CSL)，以及预计强度参数, 四种差别的尾矿品级。使用内部湿夯法重修测试样本，并在每次测试中施加至少 20% 的轴向应变，以抵达临界状态。凭证获得的TX试验数据，尾矿接纳的临界状态有用摩擦角即是34度。

另外还举行了六次 TX 测试，以视察尾矿对后期路堤阶段和第 1 阶段支墩施工时代所履历的许多应力路径的响应。这些试验首先对试样举行各向异性固结，然后在排水或部分不排水条件下加载，资助 ITRB 相识在堤防施工时代尾矿内的某些点是否可能已靠近不稳固的应力状态，例如少量的快速装载可能导致尾矿液化。

要举行排水测试，Golder 称为“恒定剪切排水”测试（CSD 测试），所使用的三轴系统必需能够对测试试样施加并坚持恒定的偏应力。纵然试样正在迅速坍塌状态（即，履历快速轴向应变）。 Golder 使用了两种三轴设置来实现这一标准：一种是手动将荷载安排在装载架上，另一种是将 GDS DigiRFM 装置在 GDS TAS 中。

DigiRFM 在三轴荷重传感器和荷载框架之间引入了快速、直接的反响回路，使荷载框架能够以凌驾 90 毫米/分钟的速率轴向压缩试样，坚持目的偏应力。有兴趣升级其 GDSTAS 以包括 DigiRFM 的用户应直接联系 GDS。

图 9：装置在 GDS TAS 中的 GDS DigiRFM。

还对单个重塑TX 尾矿样本举行了弯曲元件 (BE) 测试。这使得剪切波速以及随后的小应变剪切模量能够在差别水平的有用围压下估算，为评估路堤对地动震惊的响应提供主要依据。 BE 测试在 17 个差别的平均有用围压值（规模在约莫 20 kPa 到 1090 kPa 之间）举行，测试使用 GDS 弯曲元系统 (GDSBES) 举行。

图 10：GDS 弯曲元件系统 (GDSBES)。

图 11：通过使用 GDSBES 对 GDSTAS 内的单个尾矿 TX 试样举行弯曲元件测试获得的剪切波速和小应变剪切模量预计值
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通过在不排水条件下对各向同性固结的未扰动 FRV Unit A 试样应用应变控制压缩来执行三个 TX 测试。这些测试再次强调了 FRV 的应变削弱行为Unit A 质料的峰值和剩余有用摩擦角划分预计为 21.4° 和 16.2°（以及有用内聚力值划分即是 58.5 kPa 和 0 kPa）。

图 12： GDSTAS 内不排水枯燥应变控制压缩条件下,测试各向同性固结后细粒土试样的照片。该测试与 Cadia NTSF 路堤坍塌视察无关，仅用于说明目的。

c) 恒速应变速率固结测试

作为高级实验室测试妄想的一部分，Golder 对 FRV 单位 A 样本举行了两次恒定应变速率 (CRS) 测试。该测试是使用 GDS 恒应变速率固结测试(GDSCRS) 系统举行的，其中使用先进的速率控制荷载框架将笔直应力施加到侧向限制的反压试样。反压通过 GDS 压力/体积控制器提供。

图 13：GDS 恒应变速率固结实验系统 (GDSCRS)。

在 FRV Unit A 试样上举行的两个 CRS 测试使 ITRB 能够预计典范固结参数的值（例如，固结系数、预固结压力），同时还强调了约束模量的降低（即，一维刚度）随着笔直有用应力增添凌驾约莫 1000 – 1500 kPa。有人提出，在较高笔直应力水平下,刚度的这种降低是由土壤颗粒压碎或剖析引起的。

先进的实验室测试妄想提供了许多关于尾矿和 FRV Unit A 基础质料的加载响应的主要看法，资助 ITRB 相识 Cadia NTSF 路堤在 2018 年 3 月 9 日坍塌的机制。这些看法包括：

• GDS EMDCSS 内 FRV Unit A 试样的枯燥直接简朴剪切 (DSS) 测试突出了这种先前未识别的应变削弱响应路堤基础质料。这最终导致 ITRB 得出结论，在堤防施工时代，这种质料的峰值强度已最先被凌驾，特殊是在堤坝趾部开挖质料和第一阶段支墩施工后，导致地基逐渐变形。在坍塌爆发之前，变形迅速加速。

  
  

• GDS TAS 内重组尾矿样本的“恒定剪切排水”（CSD）三轴测试批注，在堤防施工时代尾矿内的某些位置已靠近不稳固的应力状态，并且可能会触发快速坍塌（即可能爆发液化）应少量快速加载。路堤基础内的加速变形触发了尾矿液化，这反过来又显著增添了路堤和已经削弱的地基的负荷。无法对抗这种特另外荷载，导致路堤坍塌。

  
  

• GDS EMDCSS 内尾矿试样的循环 DSS 测试批注，2018 年 3 月 8 日在卡迪亚工地爆发的两次初级地动并未在尾矿中引起显著的超孔隙水压力和剪切应变。这一发明很主要，由于它确定了低震级地动不会导致路堤坍塌。

2018 年 3 月 9 日在 卡迪亚河谷项目项目北部尾矿库设施（Cadia Valley Operations (Cadia) Northern Tailings Storage Facility ）的一段路堤中爆发的移动坍塌被确定是由于正在举行的路堤施工时代以前身份不明的低密度基础层的逐渐变形造成的，这最终引发了存储尾矿的液化。一旦液化，尾矿就会显著增添施加在路堤上的荷载，而这已经是懦弱的地基无法对抗的。这导致路堤坍塌，但实时疏散Cadia 职员的工地意味着坍塌没有造成显着的社会或情形影响。

上述路堤坍塌的手艺缘故原由是通过自力手艺审查委员会 (ITRB) 的视察得出的。作为 ITRB 视察的一部分，委托举行了一项实验室测试妄想，其中Golder 的珀斯实验室 (Golder) 使用 GDS Instruments (GDS) 生产的许多先进测试装备来爆发单协调循环直接简朴剪切 (DSS)、三轴、弯曲单位和恒定应变速率测试数据。此类测试为 ITRB 提供了有关尾矿和地基质料对载荷的响应的主要看法，有助于 ITRB 确定坍落度的手艺机制。测试还资助 ITRB 扫除了两次低震级地动是尾矿液化的缘故原由。

因此，该案例研究证实晰先进的实验室测试计划，可以在评估地基土和蓄积质料在堤防施工施加的荷载和/或地动运动怎样影响尾矿贮存设施中的价值。

参考文献

杰弗里斯，M.
； Morgenstern, N. R.;范齐尔，D.
；沃茨，J.（2019 年）。自力手艺审查委员会关于 Ashurst Australia 的 NTSF 路堤故障 Cadia Valley 运营的报告。 2019 年 4 月 17 日。纽克雷斯特矿业有限公司。https://www.newcrest。 com/sites/default/files/2019-10/190417_Report%20on%20 NTSF%20Embankment%20Failure%20at%20Cadia%20for%20 Ashurst.pdf。

纽克雷斯特矿业有限公司。 (2019)？ǖ涎 NTSF 路堤坍塌？稍冢篽ttps://www.youtube.com/ 看？v=DyyxLmPdVaE 。