Chuquicamata铜矿的边坡设计 by Dr. Hoek

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1. 引言

在Slope Stability 2022会议上，Dr. Hoek【岩土工程传奇人物Dr. Hoek---岩石工程的设计挑战、灾难和教训】受邀作了演讲(1小时)，报告题目是《丘基卡马塔铜矿的边坡设计(Rock slope designs in the Chuquicamata mine in Chile)》。尽管Chuquicamata矿已经于2020年转为地下开采【全球最大矿山: 丘基卡马塔(Chuquicamata)铜矿由露天开采转入地下开采】，但由于该矿的露天开采深度接近千米，再加上露天与地下开采的相互作用，因此其边坡设计仍然是一个很有趣的研究对象，它的许多设计经验和教训值得借鉴，对于其它高边坡的设计具有很大参考价值。在这个演讲中，Dr. Hoek回顾了Chuquicamata矿的边坡稳定性历史，强调了边坡设计中的关键岩石力学问题。

丘基卡马塔铜矿(Chuquicamata Mine) 坑口尺寸长4.3km，宽3km, 深度900m [宾汉峡谷铜矿(Bingham Canyon Mine)坑口直径约为4km，深度1210m]，该矿从1915年开始开采，目前已经由露天开采转入地下开采(Olavarra S, Adriasola P, Karzulovic A. ,2006)。Chuquicamata矿西帮(west wall)的边坡稳定性长久以来一直是采矿岩石力学的研究对象。

2. 强度解释

早在1960年代末，Chuquicamata矿就发生过边坡破坏，Kennedy, B.A., and K.E. Niermeyer. (1970)描述了边坡破坏的监测系统；Rapiman(1993)分析了西帮发生的倾倒破坏(Toppling Failure)可能是边坡面和台阶岩体裂缝拉伸发展导致的；Board等人(1996)使用FLAC和UDEC对这种破坏型式进行了模拟；Tapia等人(2007) 对边坡破坏进行了风险评价；Jakubec等人(2012) 使用PFC和SRM研究了岩石缺陷对岩体质量强度的影响。他们进行了一系列模拟的微缺陷样品在无围压压缩下的单轴抗压强度试验，结果显示随着缺陷剪切强度的降低和样品尺寸的增大，UCS逐渐减小。破坏主要是由结构控制的，沿着结构面将发生倾倒和滑动，几乎没有原岩破坏。

根据Dr. Hoek 的简化模型, Chuquicamata露天矿西帮的边坡形状如下图所示，简化的工作帮坡角在34°至40°之间。

Cundall使用SRM模型分析了Chuquicamata矿西帮的稳定性，简化的工作帮坡角在34°至40°之间。单轴抗压强度UCS=55MPa，节理内摩擦角37°，断层内摩擦角22°。

3. 大变形解释

大变形是边坡破坏的另一种机理。Guzman等人(2015)使用UDEC对西面的边坡进行了蠕变模拟(Creep Modeling)。西帮边坡的破坏机制与变形率的增加相对应，超过了根据边坡的历史性能确定的可接受的限度，变形速度是通过卸荷控制。

4. 参考

(1996) Comparative analysis of toppling behaviour at Chuquicamata open-pit mine, Chile.

(2000) Rock slopes in Civil and Mining Engineering (Hoek)

(2000) The Application Of Back-Analysis And Numerical Modeling To Design A Large Pushback In A Deep Open Pit Mine (CALDERON)

(2004) Rock Slope Engineering, 4th Edition (Duncan,2004)

(2007) GIS-Based Slope Stability Analysis, Chuquicamata Open Pit Copper Mine, Chile

(2007) Risk Evaluation of Slope Failure at the Chuquicamata Mine

(2008) Slope Model - Description of Formulation with Verification and Example Problems Revision 2

(2008) The Influence of Non-Persistent Joints on the Failure Modes of Large Rock Slopes

(2009) Fundamentals of slope design (Hoek, 2009)

(2010) Slope Model - A 3D numerical simulator for rock slopes based on micromechanics

(2012) Simulation of Three-Dimensional Pore-Pressure Distribution for SlopeStability Analysis

(2015) Applicability of Strain Softening Models to Slope Stability Analyses

(2019) Geotechnical risk analysis for the closure alternatives of the Chuquicamata open pit

来源：计算岩土力学

岩土 UM PFC 控制试验

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首次发布时间：2024-01-08

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