Nonlinear Shear Stress Reduction Factor (rd) for the Assessment of Liquefaction Triggering in Eastern Canada for Induced Earthquakes

«RÉSUMÉ: La liquéfaction des résidus miniers constitue une préoccupation majeure au sein de l’industrie minière. La liquéfaction peut se produire en raison d'un chargement statique ou dynamique, ce que l'on appelle la liquéfaction cyclique. La liquéfaction cyclique est généralement déclenchée par des tremblements de terre naturels ou induits. Cette étude se concentre sur la liquéfaction cyclique déclenchée par les tremblements de terre induits par les activités minières. Les tremblements de terre induits se produisent généralement à proximité des activités d'extraction minière souterraine avec une magnitude inférieure à six et peuvent potentiellement conduire à la défaillance des parcs à résidus. Il existe plusieurs approches pour évaluer la probabilité de déclenchement de la liquéfaction ; cependant, la méthode simplifiée initialement développée par Seed et Idriss (1971) est largement utilisée dans la pratique. Un point clé de la méthode simplifiée est la détermination de la demande sismique, qui est fonction des contraintes de cisaillement cycliques induites dans le profil du sol en raison du tremblement de terre. Puisque le sol se comporte comme un corps déformable, la méthode simplifiée introduit un facteur de réduction des contraintes de cisaillement non linéaire pour capturer la non-linéarité et déformabilité du sol. Plusieurs modèles, dont Idriss (1999), Youd et al. (2001) et Cetin et al. (2004), ont proposé des relations empiriques pour ce facteur de réduction ; cependant, tous ces modèles utilisent des analyses linéaires équivalentes et des enregistrements de provenant de régions sismiquement actives avec des magnitudes élevées et un contenu à basse fréquence, incompatibles avec les tremblements de terre induits par l’exploitation minière. Cette étude vise à remédier à cette limitation, en dérivant un nouveau facteur de réduction des contraintes de cisaillement non linéaire compatible avec les tremblements de terre induits par l'exploitation minière dans l'est du Canada en effectuant une analyse de réponse non linéaire du site. Cette étude a choisi 169 mouvements de sol non mis à l'échelle de la base de données PEER, englobant à la fois les ensembles de données NGA-East et NGA-West2. La sélection s'est concentrée sur des séries temporelles caractérisées par des magnitudes relativement faibles et des distances proches afin de simuler au mieux les conditions sismiques induites. De plus, WSP Inc. a fourni des mesures in situ de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement de 14 profils de résidus pour un site minier de l'ouest du Québec. À l'aide du logiciel DEEPSOIL, des analyses de réponse du site ont été effectuées pour déterminer la variation de la contrainte de cisaillement induite dans chaque profil, parallèlement à la détermination du PGA à la surface.»

Abstract

«ABSTRACT:The liquefaction of tailings impoundments stands as a paramount concern within the mining industry. Liquefaction can occur due to static or dynamic loading, which the later so-called cyclic liquefaction. Cyclic liquefaction can be triggered by natural or induced earthquakes. This study focuses on the cyclic liquefaction that is triggered by induced earthquakes. Induced earthquakes commonly occur in proximity to the mining subsurface extraction activities with a magnitude lower than six and can potentially lead to failure of tailings storage facilities (TSFs). There are several approaches to assess the probability of liquefaction triggering; however, the simplified method originally developed by Seed and Idriss (1971) is widely used in practice. One key point in the simplified method is determining the seismic demand, which is a function of cyclic shear stress induced in the soil profile due to the earthquake. Since the soil behaves as a deformable body, the simplified method introduced a nonlinear shear stress reduction factor to capture the nonlinearity of the soil. Several models, including Idriss (1999), Youd et al. (2001), and Cetin et al. (2004), have proposed relationships for this reduction factor; however, they all used equivalent linear analysis and input motions from seismically active regions with high magnitudes and low frequency content, inconsistent with mining-induced earthquakes. This study aims to address this limitation, deriving a new nonlinear shear stress reduction factor compatible with mining-induced earthquakes in Eastern Canada by performing a nonlinear site response analysis. This study chose 169 unscaled ground motions from the PEER database, encompassing both NGA-East and NGA-West2 datasets. The selection focused on time histories characterized by relatively low magnitudes and close distances to simulate induced seismic conditions closely. Furthermore, WSP Inc. provided shear wave velocity measurements from 14 tailings profiles at a Western Quebec mining site. Utilizing the DEEPSOIL software, site response analyses were carried out to ascertain the variation of induced shear stress across each profile under distinct ground motions, alongside the determination of the PGA at the surface.»