本项目使用的Itasca软件

 

 

 

项目简介

位于美国亚利桑那州莫兰奇矿（Morenci Mine）的西部铜矿坑（Western Copper Pit，以下简称WCP），其稳定性在很大程度上受不连续结构面的控制。2021年初，当采矿作业至露天矿坑底部的软弱辉绿岩岩床时，WCP东壁出现了显著位移。由于辉绿岩岩床的倾角较小，形成一个潜在的基底滑动面，并与底板断层相结合形成结构性破坏机制。该边坡的运动历史通过雷达和测斜仪进行了监测记录。

Itasca工程师利用FLAC3D软件对雷达和测斜仪测得的露天矿边坡位移进行了反演分析。对于任何边坡稳定分析而言，审慎考虑岩体变形所带来的强度损失至关重要。本项目并未对如Hoek-Brown强度准则中扰动因子（Hoek-Brown Damage Factor，D因子）等参数进行预定义，而是通过使用“ltasca高级应变软化模型IMASS”（Itasca Model for Advanced Strain-Softening，以下简称IMASS模型）预测了岩体出现的损伤及强度损失。

 

Itasca项目职能

Itasca工程师利用IMASS模型创建了一个围绕露天矿坑的三维矿区尺度模型，得益于ITASCA建模工具Griddle对于复杂模型的优秀掌控能力，共计39条断层和41个辉绿岩岩面作为interface界面单元（即可以滑动和分离的表面）在模型中完美呈现。为更好地捕捉反映从预采阶段到校准期（2021年上半年）的应力-应变路径，模型考虑了13个开采阶段。同时，模型还考虑了边坡内水压的空间分布（如单向水-力耦合）。在边坡稳定性分析中，IMASS模型对于损伤定义方面取得了重要进展，该模型支持模拟随着累积塑性剪切应变的增加而引起的强度损失。此外，IMASS模型还考虑了岩体的两阶段软化行为，并区分了损伤（由断裂和相关的粘聚力和抗拉强度损失引起）以及后续在较大应变水平下的膨胀。

 

项目结果

本数值评估项目旨在对2021年上半年在WCP东壁观测到的位移进行反演分析，计算结果与地表位移（由雷达测得）及地表下位移（由测斜仪测得）相吻合。地表位移计算结果与观测结果对比情况如图1所示。

如图2所示，所产生损伤主要集中在坡脚附近，特别是辉绿岩岩床周围（此处岩体强度较弱，大部分应力松弛发生于此）。损伤的程度在边坡背面不均匀分布且相当浅，与大型露天矿边坡破坏多发生在浅层的观察结果一致。

 

图1：2021年第一季度（边坡顶部）和2021年第二季度（边坡底部）累计水平位移（英寸）和雷达监测位移（英寸）对比

 

图2：数值模型中以强度损伤（sloss）表示紧急损伤。灰色代表未受损岩体，蓝色到红色代表受损程度逐渐加重的岩体

 

参考文献

Cancino C., L. Lorig, P. Siburian, P. Coutinho, and L.C., Tejada (2022). “Application of a strain-softening model to simulate slope displacements at Freeport-McMoRan Morenci Mine,” Proceedings of the International Slope Stability 2022 Symposium, Tucson, Arizona, October 17-21, 9 pages.

 

原文介绍

Simulating Slope Displacement using IMASSModeling