巴西尾矿坝事故报告揭示技术因素导致溃坝

近日，巴西尾矿坝溃坝报告发布，专家组得出结论，2019年1月淡水河谷Córrego do Feijão铁矿石矿B-I尾矿坝的溃决是由于坝体尾矿液化导致的。

专家组由Peter K. Robertson博士（主席）、Lucas de Melo博士、David J. Williams博士和G. Ward Wilson博士组成。

高质量视频图像记录整个溃坝过程并揭示了溃坝机制。视频清楚地显示坝体滑坡破坏从坝顶一直延伸至初期坝上方。坝顶垮塌，坝趾上方坝体向外隆起。坝坡在不到10 s内崩塌，970万m3（占所存储尾矿的75%）尾矿在不到5 min内流出。坝体材料突然丧失强度，迅速变成重质液体，以极高的速度涌至下游。基于上述特征，溃坝显然是坝体内部材料静态液化的结果。突发的强度丧失表明坝体材料脆性较大。

图1 溃坝前

图2 溃坝发生5.5 s

图3 溃坝发生11 s

图4 溃坝后

此次溃坝比较特殊，溃坝前没有明显破坏迹象。溃坝7天前，无人机进行了监控，高质量视频未显示破坏迹象。同时，该尾矿坝采用的大量监测手段，如坝顶监测、监测坝体变形的测斜仪、地面雷达等，都未检测到明显变形或异常。溃坝后的卫星图像分析表明，溃坝前一年坝面出现缓慢并且连续的小幅向下形变，速率小于36 mm/a，仅在雨季出现加速形变。溃坝前12个月坝体下部测得的水平形变为10~30 mm。这些缓慢形变与尾矿坝的长期沉降规律一致，并不是溃坝的先兆。

因此，专家组针对坝体材料的组成和溃坝触发机制进行研究，发现6个技术问题是导致溃坝的主要因素：

• 尾矿坝上游坡度过陡；

• 尾矿库水位控制不当，库水位有时接近坝顶，导致不稳定的尾矿沉积在坝顶；

• 设计不合理导致尾矿坝中低强度的细尾矿承受了坡面上部重量；

• 坝体没有设置大型排水设施，导致浸润线过高，尤其是坝趾附近；

• 尾矿中铁含量高，导致尾矿比重大，颗粒之间形成粘结。这种粘结而成的坚硬尾矿颗粒在排水不畅时脆性较大；

• 高强度的区域性雨季降水导致尾矿粒间吸着力显著下降，进而造成高于库水位的非饱和尾矿强度小幅降低。

专家组认为，上述历史原因造成了该尾矿坝主要由松散、饱和、比重大、脆性高的尾矿组成，下游坡面承受较高水平的剪切应力，导致坝体处在临界稳定状态。实验室试验表明，触发尾矿强度丧失的应变量非常小，尤其是在尾矿本身强度不高的情况下。这些因素可能造成尾矿液化。

2016年7月该尾矿坝停止继续堆放后，降雨多年持续增加。2018年底强降雨使得非饱和尾矿吸着力减小从而强度降低，加上坝体尾矿料蠕变，导致尾矿突然丧失强度，临界稳定的坝体最终溃决。

注：该尾矿坝位于矿山附近的一个山谷中，堆填从1976年开始到2013年结束，尾矿坝坝顶高度86m，坝顶长度720m。在2019年1月发生的尾矿坝溃决事故中，据信有272人死亡，其中256人为官方确认，另外14人失踪没有找到遗体。