2024-03-29
位于美國亞利桑那州莫蘭奇礦（Morenci Mine）的西部銅礦坑（Western Copper Pit，以下簡稱WCP），其穩定性在很大程度上受不連續結構面的控制。2021年初，當采礦作業至露天礦坑底部的軟弱輝綠巖巖床時，WCP東壁出現了顯著位移。由于輝綠巖巖床的傾角較小，形成一個潛在的基底滑動面，并與底板斷層相結合形成結構性破壞機制。該邊坡的運動歷史通過雷達和測斜儀進行了監測記錄。
Itasca工程師利用FLAC3D軟件對雷達和測斜儀測得的露天礦邊坡位移進行了反演分析。對于任何邊坡穩定分析而言，審慎考慮巖體變形所帶來的強度損失至關重要。本項目并未對如Hoek-Brown強度準則中擾動因子（Hoek-Brown Damage Factor，D因子）等參數進行預定義，而是通過使用“ltasca高級應變軟化模型IMASS”（Itasca Model for Advanced Strain-Softening，以下簡稱IMASS模型）預測了巖體出現的損傷及強度損失。Itasca工程師利用IMASS模型創建了一個圍繞露天礦坑的三維礦區尺度模型，得益于ITASCA建模工具Griddle對于復雜模型的優秀掌控能力，共計39條斷層和41個輝綠巖巖面作為interface界面單元（即可以滑動和分離的表面）在模型中完美呈現。為更好地捕捉反映從預采階段到校準期（2021年上半年）的應力-應變路徑，模型考慮了13個開采階段。同時，模型還考慮了邊坡內水壓的空間分布（如單向水-力耦合）。在邊坡穩定性分析中，IMASS模型對于損傷定義方面取得了重要進展，該模型支持模擬隨著累積塑性剪切應變的增加而引起的強度損失。此外，IMASS模型還考慮了巖體的兩階段軟化行為，并區分了損傷（由斷裂和相關的粘聚力和抗拉強度損失引起）以及后續在較大應變水平下的膨脹。 本數值評估項目旨在對2021年上半年在WCP東壁觀測到的位移進行反演分析，計算結果與地表位移（由雷達測得）及地表下位移（由測斜儀測得）相吻合。地表位移計算結果與觀測結果對比情況如圖1所示。如圖2所示，所產生損傷主要集中在坡腳附近，特別是輝綠巖巖床周圍（此處巖體強度較弱，大部分應力松弛發生于此）。損傷的程度在邊坡背面不均勻分布且相當淺，與大型露天礦邊坡破壞多發生在淺層的觀察結果一致。圖1：2021年第一季度（邊坡頂部）和2021年第二季度（邊坡底部）累計水平位移（英寸）和雷達監測位移（英寸）對比 圖2：數值模型中以強度損傷（sloss）表示緊急損傷?；疑砦词軗p巖體，藍色到紅色代表受損程度逐漸加重的巖體
參考文獻
Cancino C., L. Lorig, P. Siburian, P. Coutinho, and L.C., Tejada (2022). “Application of a strain-softening model to simulate slope displacements at Freeport-McMoRan Morenci Mine,” Proceedings of the International Slope Stability 2022 Symposium, Tucson, Arizona, October 17-21, 9 pages. 責任編輯：宮在芹
