Development of a Seismic Design Procedure of Tailings Impoundments Reinforced With Waste Rock Inclusions

La stabilité sismique des installations de stockage de résidus est une préoccupation majeure pour le secteur minier, car ces installations ont été sujettes à des défaillances dans les zones sismiquement actives. La stabilité sismique des parcs à résidus est largement influencée par les propriétés des résidus, qui sont généralement constitués d'un matériau silteux de faible plasticité dans un état lâche et saturé. La génération de pressions interstitielles excessives pendant un tremblement de terre peut entraîner une réduction des contraintes effectives, ce qui provoque une perte de résistance des résidus et la rigidité associées (c'est-à-dire la liquéfaction), ce qui peut provoquer la défaillance d'un parc à résidus. De meilleures méthodes d'analyse des parcs à résidus existants, ainsi que des stratégies de conception appropriées, sont essentielles pour minimiser les défaillances et les dommages qui en découlent. Les inclusions de roches stériles (IRS/WRI) sont l'une des techniques qui peuvent être utilisées pour améliorer la stabilité statique et dynamique des parcs à résidus en raison de leur plus grande rigidité, résistance et conductivité hydraulique par rapport aux résidus. Des études antérieures utilisant des modèles physiques et des simulations numériques ont montré que l'utilisation des IRS dans un parc à résidus peut accélérer la dissipation des pressions interstitielles excessives et améliorer la stabilité géotechnique des parcs à résidus. Cependant, certaines lacunes subsistent en ce qui concerne l'étude du comportement sismique des parcs à résidus et l'effet des IRS sur leur réponse sismique. Des directives de conception et des méthodologies d'optimisation sont nécessaires pour mieux intégrer cette méthode de co-disposition dans la conception des parcs à résidus. Ainsi, il est nécessaire de mieux quantifier l'effet de divers paramètres, tels que la configuration des IRS (c'est-à-dire la largeur et l'espacement) et la géométrie du parc à résidus, comme la pente et la hauteur en aval, sur différents indicateurs de performance de la stabilité sismique d'un parc à résidus. Les directives de conception devraient également prendre en compte la réponse sismique des parcs à résidus soumis à une variété de mouvements du sol représentatifs des caractéristiques des aléas sismiques anticipés, ce qui est un autre aspect qui n'a pas été évalué de manière adéquate auparavant. L'objectif principal du présent projet de recherche était donc de développer une méthode pour optimiser la conception des inclusions de roches stériles dans un parc à résidus afin d'assurer sa stabilité sismique. Pour atteindre cet objectif principal, une approche de modélisation numérique pour simuler le comportement sismique des parcs à résidus avec et sans IRS a été développée en utilisant le code FLAC Version 8.00. Diverses simulations ont ensuite été effectuées pour étudier comment certaines caractéristiques, telles que l'inclinaison de la pente aval du parc, la hauteur du modèle et la configuration des IRS, affectent le comportement sismique du modèle. La pente aval variait entre 7H:1V et 12H:1V, la hauteur du parc à résidus était comprise entre 20 m et 50 m, la largeur des inclusions était comprise entre 12 et 25 m, et l'espacement entre 55 et 155 m. Les résultats ont indiqué que la réponse sismique du modèle est plus influencée par l'épaisseur du parc à résidus que par la pente aval pour les conditions considérées dans les simulations. De plus, l'effet de la configuration des IRS sur la réponse sismique est moins perceptible dans les parcs à résidus de faible épaisseur en raison de déplacements horizontaux plus faibles que dans les parcs à résidus plus épais. En plus des effets géométriques (c.-à-d. la pente en aval, la hauteur et la configuration des IRS), les effets des mesures d'intensité (MI) du mouvement du sol sur la stabilité sismique des parcs à résidus ont également été étudiés dans le cadre de l'étude paramétrique numérique afin d'élaborer des directives de conception pour l'utilisation des IRS. Dix enregistrements différents de mouvements du sol provenant des bases de données NGA-West2 et NGA-East ont été utilisés pour évaluer la réponse sismique et la stabilité des parcs à résidus avec et sans inclusion de stériles. Des différences significatives entre les réponses du système à la fin de mouvements du sol avec certains MI comparables, ont mis en évidence la nécessité d'identifier le MI (ou les MI) optimal qui présente la meilleure corrélation avec les indicateurs de performance. Les résultats de l'analyse de régression ont montré qu'une combinaison de l'intensité du spectre de la vitesse, VSI (MI1) et de l'accélération maximale du sol, PGA (MI2) avait la plus grande efficacité globale pour les cas évalués. Dans la dernière étape de cette recherche, en utilisant les résultats de l'étude paramétrique numérique, une procédure systématique a été proposée pour évaluer le déplacement induit par la liquéfaction des parcs à résidus renforcés par des inclusions de roches stériles. Un modèle de performance (relation multi-paramètres) a été utilisé pour relier le niveau de déplacement aux caractéristiques du parc à résidus, y compris l'inclinaison de la pente, la hauteur, l'indice de densité des résidus, aux mesures d'intensité optimale des secousses sismiques et la configuration des IRS Les résultats montrent qu'en général, les résultats des simulations et les estimations fournies par le modèle de performance (équation) concordent. Les praticiens peuvent utiliser l'approche simplifiée proposée pour évaluer la performance sismique des parcs à résidus. La procédure doit cependant être utilisée en conjonction avec les résultats des analyses dynamiques non linéaires spécifiques au projet. La méthode proposée devrait également aider à développer des modèles de prédiction déterministes et probabilistes pour évaluer la stabilité sismique des parcs à résidus.