尾矿坝破坏原因的不同解释
1. 引言
巴西Brumadinho尾矿坝(I号)建设历时 37 年，坝高86米，于 2016 年完成了它的使命，是淡水河谷(Vale)正在退役的一座上游大坝，这意味着不再会向其中添加尾矿材料。2019 年 1 月25日经历了灾难性的静态液化破坏【布鲁马迪尼尾矿坝破坏的原因(Brumadinho dam disaster)】，快速(大约10秒)释放出1200万铁矿石尾矿，夺取了260人的生命。
2015年11月发生的Samarco(Fundao坝)尾矿坝破坏是在筑坝阶段，而Brumadinho尾矿坝在溃坝时是在完成阶段，已经竣工接近3年。以Dr. Robertson为首的专家组将本次破坏归因于临界稳定大坝的强度突然丧失，蠕变和静态液化导致了坝体破坏。由于尾矿持续的内部蠕变应变(creep rupture)和2018年末强降雨引起的非饱和区域吸力损失造成的强度降低导致了坝体突然强度损失和破坏。在尾矿沉积于2016年7月停止之后，经历了几年的增加降雨量。非饱和带中的内部应变和强度降低达到了临界水平，导致了坝体最终破坏。不过，CMINE (2021)的研究报告争论到，触发静态液化的近期事件并非蠕变和暴雨的组合，而是由坝顶附近安装监测仪器时的高压钻探导致的，即将破坏归因于钻孔活动引起的液化【尾矿坝破坏原因解释的不确定性】。目前还没有看到淡水河谷对这两种不同结论的解释。Samarco和Brumadinho尾矿坝的溃坝引发了许多使用上游方法建造的TSF的安全性问题。在全球 687 个高风险尾矿坝中，几乎 40% 采用了上游施工方法，巴西政府已禁止未来使用上游尾矿设施，并于2021年关闭了所有现有设施。
2. 坝体是否发生了位移
Robertson专家小组得出的结论是，根据对地表变形的定期调查和地下监测数据(测斜仪的横向运动和压力计测量)的数据解释，Brumadinho大坝在破坏之前没有明显的应力释放(distress)迹象，意味着坝体在破坏时没有发生变形，然而在Grebby等人 (2021)的研究论文中，他们使用InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)数据监测到了尾矿坝的异常表面变形，断言这些前兆变形可以用来预测坝体垮塌。灾难发生后，淡水河谷采取各种措施来提高坝体的安全性，包括在采矿中心地带米纳斯吉拉斯州(Minas Gerais)开设了一个新的监控中心，进行了治理改革以提高坝体安全，并一直增加对大坝管理的投资，包括改进紧急疏散计划以及使用无人机、卫星和其他技术的监控系统。
2020年12月，巴西政府检察官声称在Brumadinho灾难现场附近的尾矿坝中发现了裂缝，曾要求淡水河谷聘请一名独立审计师来审查这些裂缝，但淡水河谷拒绝了这一要求。淡水河谷表示，这些裂缝是表面的，并不表明大坝可能发生溃坝。淡水河谷还表示，已向监管机构报告了这些裂缝。国家矿业监管机构(ANM)表示他们已经视察了大坝，虽然由于动物和临时“摩托车越野赛”路线对其造成了一些轻微的损伤，但大坝结构完好。自从Brumadinho溃坝以来，这个依赖采矿业的地区一直对该地区数百座尾矿坝可能存在的缺陷保持着高度警惕。
3. 极限分析
一篇新的论文对专家小组(2019年12月)报告的场地调查数据进行了重新回顾，使用二维数值极限分析OptumG2【塌陷载荷和边坡稳定性极限原理分析(FEM Limit Analysis)】评估了Brumadinho尾矿坝关键部分的稳定性。结果表明，基于传统的排水条件假设，尾矿坝的安全系数FOS=1.11~1.16，计算的安全系数小于先前公布的极限平衡分析结果。这篇论文的一个发现是是尾矿内存在强烈的水平分层，尾矿坝底部附近有一层正常固结的低渗透尾粉土，该层与地基土接触；另一个发现是在初始坝内缺少排水装置，但这篇论文没有明确指出坝体破坏的原因。
尾矿坝比采矿岩石边坡的破坏解释和评估更困难，不同专业背景的人得出的结论可能会不一样，而且许多证据已经显示，尾矿坝的破坏是突然发生的，没有任何破坏预兆，这也给尾矿坝稳定性的评估带来许多不确定性。下图所示的是Brumadinho尾矿坝的现状(9/01/2023)，灾害发生后，淡水河谷没有对其进行修复，弃用了这个尾矿库。
(2020) The 2019 Brumadinho tailings dam collapse: Possible cause and impacts of the worst human and environmental disaster in Brazil.【国际油砂尾矿会议2022(尾矿坝稳定性)】(2021) Advanced analysis of satellite data reveals ground deformation precursors to the Brumadinho Tailings dam collapse.【边坡位移监测及其点云处理】(2021) On The Geomechanics and Geocharacterization of Tailings.【第56届ARMA美国岩石力学/工程地质力学研讨会(Rock Mechanics/Geomechanics)---Part 1】(2022) Stability Analysis of Upstream Tailings Dam Using Numerical Limit Analyses.【地下开挖极限分析与强度折减分析比较】
