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使用屈服应力比(YSR)预测尾矿坝溃坝

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1. 引言
采用上游法建造的尾矿坝,其材料密度相对较低这种条件容易产生静态液化现象,评估液化可能性的一个指标是屈服应力比。屈服应力比(YSR, Yield Stress Ratio)是以σ'vo归一化的不排干屈服剪切强度(Su(yield)),可用于评估尾矿坝的液化势。在最近的研究中,YSR 方法应用于三个案例,包括Brumadinho尾矿坝溃坝事件【尾矿坝破坏原因的不同解释】。
Brumadinho尾矿坝现状
不排干剪切强度比 (USR) 可用来描述尾矿强度,峰值不排干剪切强度可使用 CPT 数据进行评估。充分了解孔隙压力(PWP)剖面、渗流和孔隙流体密度是发展具有代表性的 USR 的关键。根据 CPT试验结果,峰值排干抗剪强度仅是校正锥阻力、总垂直应力和锥系数的函数。因此,峰值不排干剪切强度可以通过 CPT 数据以合理的置信度估算出来,与孔隙水效应无关。使用统计方法表征强度的不同方法可用于评估尾矿坝的稳定性,如基于Robertson的方法以及Olson and Stark方法。
《计算岩土力学》每日阅读 (2023.10.21-2023.10.22)
2. 屈服应力比
屈服应力比在一些文献中也称作液化强度比(Liquefied Strength Ratio),液化强度比的概念与Arthur Casagrande 在1940年关于临界孔隙比(critical void ratio)的开创性工作有关,指的是液化土的剪切强度 su(liq),标准化为初始有效垂直覆盖应力,因为su(liq) 在液化发生后形成,所以也称为液化后强度(post-liquefaction strength)。尾矿在剪切过程中往往表现出收缩行为,表明易于液化。基于强度比的液化分析步骤由三个阶段组成:

(1) 液化敏感性分析 (liquefaction susceptibility analysis)

(2) 触发分析 (triggering analysis)

(3) 触发后-流动破坏稳定性分析 (post-triggering flow failure stability analysis)

液化可以理解为收缩、饱和和无粘性的土在不排水剪切过程中的应变软化现象,可由静态或地震不排水荷载或恒定荷载下的不排水变形引发。如果静态剪切应力大于液化(或稳态)剪切强度,这种行为会导致液化流动破坏。液化抗剪强度定义为在饱和、收缩和无粘性土中引发液化后通过大变形而产生的抗剪强度。此外,这种条件也被称为不排水残余剪切强度、不排水稳态剪切强度和不排水临界剪切强度。Olson提出三个关系式预测土的屈服剪切强度。

Lehane 等人(2000 年)提供了以下 YSR 与CPT锥尖阻力之间的关系:

3. 参考
(2011) Assessment of Two Cone Penetration Test Based Methods For Evaluating The Liquefaction Potential of Tailings Dams.【Idriss I.M. : 2019年太沙基讲座 (TL55): 岩土地震工程】 
(2013) Tailings Liquefaction Analysis Using Strength Ratios and SPT CPT Results.【使用液化强度比进行尾矿液化分析 (Liquefied Strength Ratio)】
(2015) Guide to Cone Penetration Testing for Geotechnical Engineering.【状态参数Ψ的起源(State Parameter)
(2017) Stress History of Soils from Cone Penetration Tests.【Update---新增SHANSEP材料模型(HYRCAN V1.90.0)】
(2019) CPT approach to evaluating flow liquefaction using yield stress ratio.【什么是流动液化(flow liquefaction)
(2021) Screening for flow liquefaction for tailings and natural soils by CPTU.【静力触探试验(CPT) ConeTec文件格式解读(CPT数据解释)
(2021) Considering Strain Compatibility In Limit Equilibrium Analysis For Three Tailings Materials.【三维极限平衡分析 (Three-Dimensional Limit Equilibrium)
(2022) Evaluation of Tailings Behaviour for Dam Breach Assessments.【全球尾矿管理行业标准 (GISTM)】

来源:计算岩土力学
岩土材料试验
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首次发布时间:2023-10-25
最近编辑:6月前
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