Advancing Tailings Dam Failure Simulations: Insights from simulations of Cadia and Merriespruit using NorSand

RÉSUMÉ: La simulation des ruptures de barrages de résidus miniers a été approfondie grâce à la modélisation de la rupture du barrage de résidus de Merriespruit à l’aide du modèle de comportement constitutif dépendant de l’état, NorSand. Cependant, les simulations ont sous-estimé la distance de propagation, probablement en raison de facteurs tels que la géométrie tridimensionnelle de la rupture et le comportement du matériau sous faibles contraintes. Afin d’examiner plus en détail ces défis, cette étude modélise la rupture de l'installation de stockage des résidus (TSF) de Cadia en 2018, caractérisée par une distance de propagation plus courte et un mécanisme de rupture principalement bidimensionnel. La rupture s’est produite en deux phases : une première phase de déformation progressive ayant conduit à l’évacuation du site, suivie d’un relâchement rapide des résidus, lesquels sont restés confinés à l’intérieur de l’installation de stockage. Contrairement aux études précédentes sur la TSF de Cadia, qui reposaient sur des hypothèses de résistance résiduelle pour simuler la liquéfaction, cette étude utilise le modèle constitutif NorSand, basé sur la mécanique des états critiques, pour reproduire l’ensemble du processus de liquéfaction statique. Les résultats fournissent une représentation plus fidèle de la rupture essentiellement bidimensionnelle de Cadia, avec une distance de propagation d’environ 0,2 km, comparativement à la rupture plus complexe de Merriespruit, dont la propagation dépassait les 2 km.

ABSTRACT: The simulation of tailings dam failures has been further advanced through modeling the Merriespruit tailings dam failure using the state-dependent constitutive model, NorSand. However, the simulations underestimated the runout distance, likely due to factors such as three-dimensional failure geometry and material behavior under low stress. To further investigate these challenges, this study models the 2018 Cadia tailings storage facility failure, which exhibited a shorter runout distance and a predominantly two-dimensional failure mechanism. The failure occurred in two phases: an initial gradual deformation that led to site evacuation, followed by a rapid release of tailings, which were co ntained within the tailings storage facility. Unlike previous studies on the Cadia TSF that relied on residual strength assumptions to simulate liquefaction, this study employs the NorSand constitutive model, a critical state framework, to capture the full static liquefaction process. The results provide a more accurate representation of the mostly two-dimensional Cadia failure with a runout of around 0.2 km compared to the more complex Merriespruit tailings dam failure with a runout more than 2 km.