从斯塔瓦(Stava)尾矿坝破坏案例中汲取教训

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1. 引言

1985 年 7 月 19 日，位于意大利泰塞罗(Tesero)附近斯塔瓦村(Stava)上方的两座上游尾矿坝相继倒塌，尾矿浆体以每小时 90 公里的速度向下游泄露了24万立方米，沿着斯塔瓦山谷迅速蔓延 4.2 公里，淹没了斯塔瓦村以及泰塞罗镇的一部分，造成 268 人死亡、63 座建筑物被毁、8 座桥梁被拆除，此外，广泛的侵蚀过程破坏了 27000 平方米的地域，这就是著名的斯塔瓦尾矿坝破坏 (Stava tailings dam failure) 。这是意大利最严重的灾难之一，上坝首先溃决，导致下坝溢流而垮塌【尾矿坝发生溢流的可能性(Overtopping)】。1992年6月，10名相关事故责任人被判入狱。

斯塔瓦上部尾矿坝溃坝后的遗迹

2. 尾矿坝破坏的主要原因

Stava的两座尾矿坝坝高均为25 m，一座位于另一座的正上游，采用上游法筑坝【尾矿坝破坏原因的不同解释】。外坡度为 1.2:1 至 1.5:1(H:V)，如下图所示。破坏是在没有任何预警的情况下发生的，溃坝当天既没有发生地震也没有暴雨或洪水。

Stava 尾矿坝剖面示意图

Stava尾矿坝最初采用无粘结性的尾矿使用上游建造方法建成，矿山于 1978 年关闭，尾矿矿同时也被废弃。在新的所有权下，1982 年重新开始了采矿作业。此时，筑坝施工技术从原来的水力筑坝转为机械铺设。用于筑坝的土取自上方尾矿坝附近，这种材料由砂和砾石组成。

事故发生后，O'Appolonia 和 Morgenstern(1988)应邀作了法证调查，导致尾矿坝破坏的主要原因如下：

(1) 尾矿坝设计的安全系数过低；

(2) 地下水位高；

(3) 排水不充分;

(4) 尾矿未固结状态，呈松散状态;

(5) 上坝溃决导致下坝溢流而垮塌；

(6) 大坝维护不善;

对于上游尾矿坝来说，导致破坏的触发机制很多，导火索(触发机制)是穿过尾矿的倾析管(decant pipe)堵塞，导致TSF内积水过多，从而产生静态液化【静态液化模拟(Static Liquefaction)】。据估计，破坏前的池水面积覆盖了TSF的整个表面积，即意味着没有干滩。

上坝用于排水的管道在沉积物的重量下开始下垂，从而降低了大坝的排水效率。与此同时，水还继续被泵入到尾矿库内，导致上坝的压力逐渐增加。沿着阻力最小的路径，水开始渗透到坝体内，导致土液化发生液化，直到破坏。然后，来自上坝的水和尾矿快速流入下坝，在巨大压力作用下，三十秒后下坝破坏。

破坏前的尾矿坝

38年过去了，现在已经看不到当年尾矿坝的遗迹了。

Stava尾矿库遗址(9/08/2023）

3. 给予的启示

通过回顾Stava尾矿坝破坏案例，给予我们的启示如下：

(1) 山谷型尾矿坝更容易发生溃坝，1985年的Stava尾矿坝(268人死亡)和2019年的Brumadinho尾矿坝(260人死亡)都是山谷型的上游建造法建成的尾矿坝。我们的尾矿坝属于平地型，因此发生重大破坏的可能性较低。

(2) 水是尾矿坝破坏的主要因素，无论是池水还是降雨。我们的尾矿坝水量少，降雨量少，蒸发量大，排水设施运行正常，干滩长度基本上大于500m，因此发生溢流的可能性较低，尽管有地下水位，但孔隙压力不大。

(3) 过去10年的位移和水位的监测数据显示，尾矿坝的变形很小，地下水位变化幅度不大，因此预测发生破坏的可能性较小。

4. 参考

(1988) The disaster of Stava/Northern Italy.【利用社交媒体实时收集山体滑坡数据(Landslide Detection by Social Media Image)】

(1988) Evaluation of the cause of the failure of the Stava Embankment.【[文献]利用软土蠕变模型预测路堤沉降(Soft Soil Creep model)[10/22/2020]】

(1995) The Stava tailings dam failure, Italy, July 1985.【PrivateGPT | 使用自定义大语言模型部署私有知识库(安装+测试)】

(1996) Geotechnlcs and mine waste management.【国际油砂尾矿会议2022(尾矿坝稳定性)】

(2000) Performance in Geotechnical Practice.【Dr. Morgenstern 63年的经验总结---从确定性到不确定性 (Part 2)】 (pdf)

(2001) Tailings Dam Stability: Essential Ingredients for Success.【尾矿坝稳定性评价框架(Outline for Assessment of Tailings Dam Stability)(V1)】

(2004) A tragic disaster caused by the failure of tailings dams leads to the formation of the Stava 1985 Foundation.【静力和地震荷载下尾矿坝的稳定性】

(2012) The Stava mudflow of 19 July 1985 (Northern Italy): a disaster that effective regulation might have prevented.【新探索---EleutherAI的GPT Neo/GPT-3模型】(pdf)

来源：计算岩土力学