A Numerical Investigation of the Seismic Response of Tailings Impoundments Reinforced with Waste Rock Inclusions

The rate of failure of tailings impoundments is much larger, by a factor of about 10, than that of conventional water retention dams, occurring at a rate of about 2 to 3 per year worldwide. A primary consequence of the failure of a tailings impoundment is the flow of liquefied tailings. Such flows have been responsible for considerable loss of life, environmental damages and economic costs and represent one of the major risks associated with mining. Tailings, specifically those from hard rock mines, are particularly susceptible to liquefaction (a significant loss of shear strength) that can cause failure of the retention dyke and the release of liquefied tailings. Tailings liquefaction can be induced in dynamic loads, such as earthquakes, or static loads, such as dyke raising, erosion (loss of confining stress) or foundation movement. Aubertin et al. (2002b) considered placing waste rock in tailings impoundments in tandem with tailings deposition to improve the environmental and geotechnical performance of the impoundments. The waste rock would be placed to create relatively narrow, continuous inclusions along planned routes in the impoundment. It was postulated that these waste rock inclusions would provide a number of benefits, particularly by accelerating the consolidation of the tailings and acting to reinforce the impoundment with respect to static and seismic loads.

Résumé

La fréquence de rupture des digues de parcs à résidus miniers est beaucoup plus élevée, par un facteur de 10, que celle des ouvrages de retenue d'eau conventionnels, avec 2 à 3 événements majeurs se produisant annuellement surtout le monde. Une des conséquences de ces ruptures (avec brèche) est l'écoulement de résidus liquéfié. Ces écoulements (ou épanchements) sont responsables de pertes de vie, de dommages à l'environnement et de coûts financiers considérables; ils représentent à cet égard un des principaux risques liés aux opérations minières. Les résidus miniers produits par les mines en roches dures sont particulièrement susceptibles à la liquéfaction (i.e. un perte quasi-complète de résistance due à un chargement dynamique ou statique), pouvant alors causer une rupture (p. ex. durant un séisme) ou être une conséquence de la rupture (p. ex. suite à une défaillance de la fondation qui réduit le confinement). Aubertin et al. (2002b) ont proposé d'ajouter des inclusions de roches stériles dans les parcs à résidus, conjointement avec la déposition des rejets de concentrateur, afin d'améliorer leur performance environnementale et géotechnique. La roche stérile est ainsi placée de façon à créer des inclusions continues le long des orientations prédéfinies dans le parc. Il a alors été postulé que ces inclusions pourraient induire divers bénéfices, notamment en accélérant la consolidation des résidus et en agissant comme renforcement pour mieux résister aux sollicitations statiques et sismiques.