Analyses numériques du comportement des parcs à résidus miniers susceptibles au phénomène de liquéfaction statique

The management of tailings facilities is a topical issue brought forward by recent catastrophic ruptures with serious consequences. Static liquefaction of tailings is associated with several of these ruptures, hence the importance of developing tools to better understand and analyze the stability of tailings facilities susceptible to this phenomenon. The main goal of this research project is to deepen knowledge about the stability of tailings facilities and the phenomenon of static liquefaction using numerical simulation. RocScience's RS2 software using the finite element method was used for the numerical simulations because of its easy to use interface and many available constitutive laws. The NorSand constitutive law was used for the sand tailings to simulate the loss of resistance associated with static liquefaction. Two models were used to simulate whether various liquefaction initiation mechanisms are likely to occur and under what conditions they develop. The first represents a general geometry of a tailings dam built using the upstream method. For this model, the influence of the state parameter (ψ), the height of the water table and the at rest earth pressure coefficient (K0) were studied. In addition, the static stability of the structure was analyzed using limit equilibrium methods. The second model represents the section of the Fundão tailings facility in Brazil that ruptured in 2015. The influence of the initial state of the soil on the initiation of liquefaction was studied. The lateral extrusion failure mechanism within the fine tailings was also compared with the simulation results from the expert panel report on the causes of the failure.

Résumé

La gestion des parcs à résidus miniers est un enjeu d'actualité qui a été mis à l'avant-plan par de récentes ruptures catastrophiques lourdes de conséquences. La liquéfaction statique des résidus miniers est associée à plusieurs de ces ruptures d'où l'importance de développer des outils permettant de mieux comprendre et d'analyser la stabilité des parcs à résidus miniers susceptibles à ce phénomène.
Le but principal visé par ce projet de recherche est d'approfondir les connaissances en ce qui a trait à la stabilité des parcs à résidus miniers et au phénomène de liquéfaction statique à l'aide de simulation numérique. Le logiciel RS2 de RocScience utilisant la méthode par éléments finis a été utilisé lors des simulations numériques en raison de son interface facile d'utilisation et ces nombreuses lois de comportement disponibles. La loi de comportement NorSand a été utilisée pour les résidus miniers afin de simuler la perte de résistance associée à la liquéfaction statique.
Deux modèles ont été utilisés pour simuler si divers mécanismes de déclenchement de la liquéfaction étaient susceptibles de se produire et sous quelles conditions ils se développent. Le premier représente une géométrie générale d'un parc à résidus miniers construit selon la méthode en amont. Pour ce modèle, l'influence du paramètre d'état (ψ), de la hauteur de la nappe phréatique et du coefficient des terres au repos (K0) ont été étudiées. De plus, la stabilité statique de l'ouvrage a été évaluée à l'aide de méthodes par équilibre limite.