Stability analysis of an olivine quarry at Åheim, Western Norway
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2781568Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Denne oppgaven presenterer en stabilitetsanalyse av Sibelco Nordics olivinbrudd på Aheim. Analysen undersøkte stabiliteten til dagens bakvegg og bakveggen i det endelige bruddet. Analysen ble utført vedbruk av numerisk modellering av bakveggen, likevektanalyse av kiler og ved a evaluere observasjoner og malinger fra feltkartlegging. Inngangsparametrene til de dataprosesserte analysene ble bestemt fra estimeringer og malinger som ble foretatt i felt og i laboratoriet i forbindelse med arbeidet med forfatterens prosjektoppgave høsten 2019.
Den numeriske analysen ble utført med den kontinuerlig metoden endelig elementmetode (FEM) vedbruk av programmet RS2 Rocscience (2019b). Analysen ble utført ved a modellere snitt vinkelrett på dagens bakvegg og den endelige bakveggen. Et snitt av dagens bakvegg ble brukt til a kalibrere skjærstyrken til en sprekkeoverflate ved a gjenskape et plant brudd. Den numeriske analysen ble utført ved å bruke to ulike analysemetoder. Den ene analysen ble utført ved a bruke metoden for redusering av skjærstyrke (Shear strength reduction (SSR)). Den andre analysen ble utført med modeller som inkluderer sprekkesett oganalysere stabiliteten til modellen med inngangsparameterene fra feltkartlegging og laboratorietesting.Vannstrømning i bergmassen ble ikke inkludert i analysen. Analysen av kiler ble gjennomført ved åundersøke stabiliteten av fire kiler som ble observert i dagbruddet under feltkartlegging. Analysen bleutført med tørre sprekker og vannfylte sprekker.
Kalibreringen av plane brudd gikk utenfor anvendelsesomradet til FEM. Den numeriske analysen ved bruk av SSR metoden ga CSRF lik 5.62 for dagens bakvegg og 2.97 for den endelige bakveggen.Bakveggen ble ustabil ved CSRF som følge av brudd i bergmassen i nedre del av veggen. Bergmasseni nedre del av bakveggen forvitrer raskt, og forvitringsdybden etter lang tids eksponering vil bestemmefaren for at et stort ras kan skje. De numeriske modellene indikerte ingen fare for strukturelt bestemtebrudd eller ustabiliteter i pallene i dagens bakvegg eller den endelige bakveggen, men under feltkartleggingble plane brudd observert enkelte steder langs pallfronten. Plane brudd forekommer som følge avunderkutting av paller.
De identifiserte kilene har en sikkerhetsfaktor F > 5 ved tørre forhold. Analysen utført med vannfyltesprekker ga F < 1 for en av kilene. Fallet og fallretningen til sprekkene som danner kiler, gir skjæringslinjamellom sprekkene en lav vinkel som resulterer i liten fare for ustabiliteter.
Det ble ikke identifisert fare for et stort ras i dagens bakvegg. Faren for et stort ras i den endeligebakveggen vil avhenge av forvitringsdybden i den nedre delen av veggen. Den planlagte utformingenav dagbruddet kan bli brukt dersom underkutting av foliasjon unngas. En analyse ved bruk av ikke- kontinuerlig numerisk modellering kan bli utført for å få en bedre forståelse av foliasjonens betydningfor stabiliteten. This thesis presents an analysis of the stability of Sibelco Nordic’s olivine quarry at Aheim. The analysis was carried out by investigating the stability of the current back wall in the quarry and the planned finalback wall at life of mine. The analysis was performed by numerical modelling of the back wall, limitequilibrium analysis of wedges, and evaluation of observations and measurements from field mapping.The input parameters in the computer analysis were determined from estimations and measurements inthe field and the laboratory, carried out as the authors Project work autumn 2019.
The numerical analysis was performed by continuum method finite element modelling (FEM) using thesoftware RS2 Rocscience (2019b). The analysis was carried out by modelling sections perpendicular tothe current and final back wall. One section of the current back wall was used to calibrate joint shearstrength by reproducing a plane failure. The analysis by numerical modelling was performed usingtwo different methods. One analysis was performed using the shear strength reduction method (SSR)on a model without joint network. The second analysis was performed by creating models includinga joint network and analyse the stability with the input parameters determined from field mapping andlaboratory testing. The flow of water in the rock mass was not included in the analyses. The analysis ofwedges was carried out by investigating the stability of four wedges observed in the quarry during fieldmapping. The analysis was performed for dry and completely water filled joints.
Calibration of plane failure went beyond the limitations of FEM. The numerical analysis by the SSRmethod gave CSRF equal to 5.62 for the current back wall and 2.97 for the final back wall. The wallbecome unstable at CSRF by rock mass failure at the bottom of the slope. The rock mass at the bottom ofthe wall has a high weathering rate, and the depth of weathering after long term exposure will determinethe risk of global failure in the final back wall. The numerical models did not indicate any risk structuralfailure or instability in the benches in the current and the final wall, but plane failure along the benchfaces were observed during field mapping. The plane failure occurs due to undercutting of benches.
The identified wedges had a factor of safety FS > 5 for dry conditions. Analysis with water filled jointsgave a FS < 1 for one of the wedges. The dip and dip direction of the discontinuities forming the wedgesresult in a low dip of the intersection line resulting in a low risk of instability.
There was not identified any risk of global failure in the current back wall. The risk of global failure inthe final back wall will depend on the depth of weathering at the bottom of the wall. There is a risk ofstructural instability along the bench face in the uppermost part of the current and the final back wall. Theplanned mine design can be used as long as undercutting of the foliation is avoided. An analysis usingdiscontinuum numerical modelling can be performed to give a better understanding of the influence ofthe foliation on the stability.