临界塑性剪切应变 (Critical Plastic Shear Strain)

1. 引言2024年11月14日，总部位于约翰内斯堡的金矿商金田公司(Gold Fields)表示，Gold Fields可能会出售其在加纳和秘鲁的矿山，以便专注于更大的项目。金田公司正在将重点转移到智利的Salares Norte矿以及加拿大Osisko Mining的项目，金田公司最近以约16 亿美元的价格收购了该矿。金田公司表示可能会出售其在加纳的Damang矿，该公司在去年停止采矿作业后，只在那里加工库存的矿石。此外金田公司也准备出售秘鲁的Cerro Corona矿，该矿的寿命还剩五年。2. 地质概况Cerro Corona 项目是位于秘鲁安第斯山脉Hualgayoc采矿区的重要铜金矿，距离La Granja矿约80公里，距离Yanacocha矿约25公里，由Gold Fields公司运营，2008年开始生产，至今已成为秘鲁采矿行业的重要贡献者。Cerro Corona 的铜金矿床是一个斑岩型矿床，位于白垩纪碳酸盐岩中直径600-700米的亚垂直圆柱状闪长岩斑岩中(岩体类似于管道)。地质模型在热液蚀变的基础上扩展了这一简单的岩性模型，大理岩代表了侵入体接触区石灰岩的蚀变产物。蚀变分区是典型的斑岩系统，硅化程度从侵入体中央硅化核心向外递减。闪长岩的以下蚀变类别代表热液蚀变的外向分带，主要基于蚀变矿物组合，但蚀变产生的力学特征对边坡性能至关重要，如硅化(硅化蚀变)、钾化(硅化区以外)、丙炔化、砷化氢 1、砷化氢 2 和砷化氢 3，如下图所示。Cerro Corona 的地质显示了露天开采矿坑中主要存在的各种热液蚀变现象在东帮，侵入体内部靠近石灰岩岩体接触面的地方主要是假火山岩蚀变，随着接触面距离的增加，蚀变强度逐渐减弱。侵入接触点/碳酸盐岩是断层接触点，其特征是粘土和剪切带的强烈蚀变。高度断裂的 “非能动”(NC)带在断层接触点附近很常见。地质模型中确定的主要结构包括次垂直断层，这些断层一般向西北(老断层)或东北(年轻断层)走向。从结构角度看，主要断层系统属于横断型(走向-滑动断层)，位于矿坑东部，影响矿坑东部边缘。这是一个北西-南西走向的断层系统，呈右旋走向，倾角陡峭(70°至 90°)。从西部区块可以确定80至200米的位移。另一个断层系统与西断层系统相对应，该断层呈凹形形态，环绕着矿坑的西部和西部边缘。在西部边缘，它主要表现为顺向的走向滑动运动；而在西南部边缘，可能主要是逆向运动。Cerro Corona矿床地质图以及剖面C-C´解释3. 边坡不稳定性 Cerro Corona采用传统的露天开采技术，在露天采矿作业中，有许多与不稳定性相关的岩土工程风险需要及时评估和管理。边坡失稳是露天采矿中最难以预测、最复杂和成本最高的事件之一，当现代岩土工程边坡设计变得更具挑战性以优化采矿业务的盈利能力（如增加坡间角(IRA)和降低剥采比(SR)时，情况更是如此。因此，随着采矿业的发展和岩土工程复杂性的增加，岩土工程不稳定性发生的概率也随之增加。在 Cerro Corona，实施了岩土工程风险管理系统，这是一个非常有价值的工具，使我们能够做出敏捷和协商一致的决定，以最大限度地减少任何即将发生的不稳定性的影响。该工具以实时岩土工程监测(24/7)和岩土工程现场监督为基础。前者利用技术（雷达、机器人站、激光雷达扫描仪、InSAR 卫星监测、无人机、差分全球定位系统等），而岩土工程现场监督对于证实和/或识别矿井中可能引发的任何不稳定异常现象至关重要，以便在采矿过程中及时采取行动和提出建议。 边坡的不稳定性是在闪长岩边缘被归类为非能动闪长岩 2（ARG2-NC）的闪长岩蚀变带内形成的。最初的移动通过在 3820 水平修建护坡而得到稳定。随着矿井的深入，斜坡变形仍在继续，主要与ARG2-NC岩性有关；该岩性从3820 RL层延伸至边坡北端目前的边坡至3760 RL层。为了减少变形和减轻径流水的影响，对地表排水系统进行了改进，包括在 ARG2-NC 材料的这一区域修建沟渠，控制排水量。然而变形率仅略有下降。对岩土工程进行了全面审查，以确定造成这部分边坡异常变形的主要原因。这项详细工作包括绘制台阶岩土工程图、审查岩土工程仪器数据、进行运动学分析以及审查和更新三维岩土工程模型。 绘制了两个横穿斜坡的次垂直断层系统，其走向介于 070° 和 090° 之间。这些断层形成的结构块（形成粘土结合区）使水得以积聚。在这些结构的相互作用下，形成了与泥质蚀变有关的剪切带，在这些剪切带中形成了渗透率极低的含水层。在这些区块内，由于地表水的渗透和地下水的滞留，地下水积聚较多，与区块外的地下水位相比，地下水位较高，因此，孔隙压力增大，进而引起进一步的变形。自矿山采用新技术以来，已成功探测到台阶和多台阶尺度上的几种不稳定性，并对每种不稳定性进行了识别和分析。这些不稳定性主要与平面和楔形破坏有关(在台阶尺度上)，而在多台阶尺度上，它们与侵入岩和主岩(灰岩)之间的接触带有关，被称为过渡带。对这些事件的回溯分析有助于了解应变率，并确定运动/变形阈值，以优化报警标准和触发行动响应计划(TARP)。还利用这些信息进行了回溯分析，以估算不合格石灰岩和火山岩区域岩体的地质力学特性，这有助于我们优化设计，并对矿坑中的任何不稳定事件发出预警。岩土单元图显示 Cerro Corona矿坑的坍塌历史4. 参考[1] (2015) Influence of tailings deposition environment on deposit homogeneity and interpretation of cone penetration test data : A case study from the Cerro Corona Mine.【静力触探试验(CPT)的现场测试参数及其解释】 [2] (2020) Geotechnical evaluation of the east wall of the Cerro Corona Pit.[3] (2022) Geotechnical evaluation (2D - 3D) of the Cerro Corona open pit.[4] (2023) InSAR Monitoring at the Cerro Corona TSF.【边坡监测的最新进展 (Slope Monitoring)】[5] (2023) Mine Waste Storage Facility Liner Design and Testing - A Case Study from the Cerro Corona Mine.【排土场设计和稳定性评价】来源：计算岩土力学