[Nature] Brumadinho尾矿坝破坏原因的最新解释
1. 引言
位于巴西由淡水河谷运营的Brumadinho尾矿坝是一座山谷型采用上游法建成的尾矿坝。2019 年 1 月 25 日发生了溃坝，这是历史上最严重的尾矿坝溃坝事故之一，排放了将近1200万立方米尾矿，淹没了下游地区，造成至少270人死亡。事故发生后，由Dr. Robertson任组长的专家调查组[(2019) Report of the Expert Panel on the Technical Causes of the Failure of Feijão Dam I]给出了官方认定的结论，详细的讨论参看：
近日，苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的一项新的研究表明，尾矿坝的原始特征可能是导致尾矿坝破坏的原因。
2. 先前的不同解释
以Dr. Robertson为组长的Brumadinho事故调查小组给出的结论是蠕变和静态液化导致了尾矿坝破坏，调查指出尾矿内的静态液化是可能的破坏机制，稳定性分析表明即使在灾难发生之前安全系数也很低，专家小组将破坏归因于蠕变应变导致强度突然丧失以及强雨期后土吸力丧失。由于持续的内部蠕变断裂(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失去损失和破坏。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，虽然Robertson等人(2019年)和CIMNE(2021年)都同意尾矿的脆性行为是导致静态液化事件的关键因素，但作为本次事故的第二个调查小组CIMNE得出的结论是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产生的。此外，CMINE不同意铁氧化物键合的形成是导致尾矿坝破坏的重要因素。CIMNE说他们没有发现任何与尾矿的分级无关的显著键合证据，尾矿的非排水脆性不是键合的结果。
麻省理工学院的Whittle教授(2022)【2024年太沙基讲座获得者Whittle, A.J.教授的论文 (GeotechSet)】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。
这项由苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)进行的研究显示尾矿坝的原始特征可能是导致破坏的原因。这篇刚发表在《Communications of Earth and Environment(地球与环境通讯)》杂志上的论文主要探讨了这个溃坝原因仍然存在的不确定性，即为什么闭库3年后才发生溃坝，而且为什么在溃坝之前没有检测到明显的位移。该项研究是由苏黎世联邦理工学院土木、环境和测绘工程系岩土工程研究所所长Alexander Puzrin教授领导完成的。Brumadinho尾矿坝的子坝共有10级，总高度86m，这项新的研究发现，在建造第二个子坝时坝体已经出现了一些初始滑移面。随着施工的进行，这些滑移面的长度逐渐增加，在2016年尾矿坝退役后，这些滑移面继续水平扩张，最终达到临界长度，结果尾矿层开始移动，导致尾矿坝在重力作用下破坏。他们的研究表明，导致滑移面增长的原因是蠕变变形，细粒、脆性的尾粉土缓慢积累的位移，是由于尾粉土颗粒之间的压力分布不均匀引起的。降雨和钻探等其他触发因素虽然可以加速滑移面扩展，但蠕变变形就足以使滑移面达到可能引发溃坝的临界程度。
4. 结束语
尾矿坝的稳定性解释比采矿边坡的稳定性解释更困难，不同专业背景的人得出的结论可能会不一样，而且许多其它尾矿坝溃坝案例显示，尾矿坝的破坏大多是突然发生的，没有任何破坏预兆，因此这也给尾矿坝稳定性的评估和解释带来许多不确定性。
