Dilatancy and strength characteristics of compacted mine waste fill used in oil sands dam construction

Jarret MacDonald, Mahmoud Elbanna, Margot Lederman, Paul Cavanagh, Duncan Nixon

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoCalgary 2022: 75th Canadian Geotechnical Conference

Session: M1

RÉSUMÉ: Les caractéristiques de dilatance et de résistance des stériles miniers sont des considérations importantes pour la conception de digues de résidus. Les résultats d'essais de laboratoire effectués sur des échantillons reconstitués (en laboratoire) de sables bitumineux de la formation McMurray indiquent que les stériles miniers compactés sont contractants. Cependant, les résultats d’essais effectués sur des échantillons intacts (prélevés par carottage) indiquent que les stériles miniers compactés sont dilatants. Cette différence de comportement entre les échantillons reconstitués et intacts prélevés par carottage est le résultat de l’effort de compactage plus intense offert par les engins lourds miniers. Les données publiées pour les échantillons intacts prélevés par carottage de stériles miniers de sables bitumineux sont pour des pressions de confinement de 1 000 kPa ou moins, alors que les dykes dans la fosse peuvent être soumises à des contraintes de confinement plus élevées, jusqu'à 2000 kPa. Compte tenu des incertitudes associées aux comportement des stériles compactés, i.e., contractants ou dilatants, un programme de caractérisation a été entrepris pour évaluer le comportement des matériaux utilisés pour la construction de digues sur le site de Kearl Oil Sands. Les résultats ont indiqué que les stériles miniers issus de la formation McMurray demeurent dilatants sous des contraintes de confinement élevées. Cet article présente également une méthodologie fiable et rentable pour la collecte de blocs intacts pour fins d’essais en laboratoire.

ABSTRACT: Dilatancy and strength characteristics of mine waste fill are key considerations when designing tailings dams. Available laboratory testing data from the Oil Sands literature on reconstituted samples compacted in the laboratory indicate potential contractive behaviour for mine waste material sourced from McMurray Formation. However, published data on undisturbed core samples compacted in the field indicated that compacted mine waste is dilative. This difference in behaviour between the reconstituted and undisturbed core samples is a result of higher compaction effort by the mine heavy equipment. Published data on Oil Sands mine waste undisturbed core samples are limited to confining pressures up to 1000 kPa, whereas in-pit dams could be subject to higher confining stresses, up to 2000 kPa. This led to the potential uncertainty that mine waste used for constructing larger dams may become contractive under higher confining stress. To investigate this uncertainty, a fill characterization program was undertaken to assess the behaviour of mine waste materials used in dam construction at the Kearl Oil Sands site. The results indicated that McMurray mine waste remains dilative under high confining stress up to 2000 kPa. This paper also describes a reliable, cost-effective methodology for collecting undisturbed block samples of fine-grained dam fill materials placed and compacted in the field.

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