力拓宾汉峡谷铜矿'Leo'滑坡机理
1 引言
2013年4月10日，力拓(Rio Tinto)的宾汉峡谷矿(Bingham Canyon Mine)经历了史上最大规模的滑坡事故【露天采矿史上规模最大的滑坡---宾汉峡谷铜矿滑坡(Bingham Canyon Manefay Landslide)】。2021年5月31日， 宾汉峡谷矿再次发生了名为"Leo"的2100万吨的边坡破坏，由于矿方吸取了上次滑坡的经验和教训，使用综合监测系统对边坡运动进行了早期监测，因而准确地预测了滑坡时间，设备和人员安全都没有受到影响。在边坡坍塌过程中，矿方收集了全面的数据，包括来自多个固定的、无人机的和热成像仪的高分辨率视频，这些丰富的数据为坍塌的发展提供了独特的记录。因为这次滑坡人员和设备都没有受到影响，而且连生产都没有中断，力拓在NASDAQ(RIO.AX)的股价在当日都没有引起波动，因此这次滑坡事故很少见到报道。不过，事故发生后力拓公司仍然对该事故进行了深入研究，研究团队包括：
(1) 力拓宾汉峡谷矿
(2) RochTech Mining
(3) 亚利桑那大学(Geotechnical Center of Excellence)的Brad Ross，他是2013年Manefay滑坡的主要调查者，并于2017年出版了他的调查结果《Rise to the Occasion:
Lessons from the Bingham Canyon Manefay Slide(迎难而上--来自Manefay滑坡的教训》，详细记录了这个历史上最大的采矿滑坡。
(4) Itasca Consulting Group
2 破坏型式
2021年5月31日当地时间上午9点，宾汉峡谷矿(Bingham Canyon Mine)发生了大规模滑坡，下图所示的滑坡前后的对比，左图是5月28日的边坡，右图是5月31日滑坡后的边坡。从引言中的图片可以看出，主要的破坏型式是楔形破坏，而且属于深切破坏。如上所述，可能是因为这次滑坡没有直接影响生产，所以滑坡材料没有及时清理完毕，目前已经完成了坡脚处滑移材料的清理工作。下图所示的2022年10月的卫星图像。
3 'Leo'破坏研究
本项目结合岩土工程和矿床地质方法，解决了滑坡坡脚处的一些挑战性问题。为了更好地了解材料类型和矿石品位在滑移区内的空间分布，从而改善采矿和选矿规划，使用三维颗粒流软件PFC3D模拟了边坡破坏的滑移，以更好地了解滑移体内的矿石品位。PFC模型不打算对造成破坏的机制进行反分析，相反，它使用离散元模拟框架来重现破坏的滑移过程，从而改善对破坏材料特性的理解，包括岩性、矿石品位以及岩块的运动轨迹和着陆位置。PFC3D的粗略模型使用了27.5万个颗粒，直径分布在2~4米之间, 而精细模型模型使用了220万个颗粒，直径分布在1~2m之间，然后对PFC滑移模型进行反复校准和验证，以匹配记录的大量监测数据，用来重现现场观察到的复杂的、两阶段的破坏过程，包括边坡破坏动态、运动轨迹、破坏区的相对位置、台阶位置和最终的滑移位置，对模型结果与采矿作业中获得的破坏材料的数据进行了验证，然后从模型的最终状态输出一个地质块体模型，并与以前的预测和从实际钻探和取样操作中创建的现场块体模型进行了比较。
模拟结果显式，粗略模型和精细模型都得到了满意的校准，两个模型之间没有明显的差异，因此，计算效率高的粗略模型可以用于生产。PFC和矿石控制块体模型在吨位上几乎没有差异，这反映了PFC模型中的岩石类型分布与矿石控制块模型中的实际岩石类型非常相似。与以前的预测相比，PFC模型中铜品位与矿石控制块体模型的差异有所减少，这意味着PFC模型的输出更接近于被开采材料的实际品位；表明与现有的方法相比，PFC模型能够更好地预测滑移体的品位，这对设计和规划现场操作有很大意义。这项研究成果《Particle Flow Code modelling of slope failure and runout at Bingham Canyon Mine》发表在【Slope Stability 2022】会议上【露天矿边坡大规模破坏的滑流分析---滑坡体能跑多远？(Landslide Runout Analysis)】。
此外，两篇相关的研究论文即将发表在2023年采矿边坡会议上：
(2023) Rockfalls as precursory strain indicators leading to a large slope failure (Leo Failure) at the Bingham Canyon Mine(宾汉姆峡谷矿岩石坠落作为导致大规模边坡破坏(Leo破坏)的前兆应变指示器)【魁北克Geohazards 8--为明天的创新地球科学(Innovative geosciences for tomorrow)】
(2023) Back-analysis of the Bingham Canyon Mine southeast wall: a complex slope failure mechanism called ‘Leo’(宾汉姆峡谷矿东南侧墙的反分析：一种称为"Leo"的复杂边坡崩塌机制)【数值反分析(Numerical Back-Analysis)】
