使用屈服应力比(YSR)预测尾矿坝溃坝
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】。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)
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:
(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)】(2017) Stress History of Soils from Cone Penetration Tests.【Update---新增SHANSEP材料模型(HYRCAN V1.90.0)】(2022) Evaluation of Tailings Behaviour for Dam Breach Assessments.【全球尾矿管理行业标准 (GISTM)】