In-situ geotechnical investigations for evaluating static liquefaction potential of mine tailings

ABSTRACT: The geotechnical stability of tailings storage facilities (TSFs) has obtained considerable attention in recent years, as these facilities have been documented to fail due to flow liquefaction. Stacking of filtered tailings is currently being proposed as an alternate solution for tailings storage facilities; nevertheless, there are several challenges in identifying and analyzing these structures, especially in sites with high disposal rates. Piezocone (CPTu) testing is generally recognized as an effective tool for determining the in-situ engineering properties of tailings for use in stability and liquefaction assessments. To correlate the results of piezocone testing to liquefaction potential, several empirical approaches have been proposed. In this paper, a detailed geotechnical characterization of the tailings at the Eleonore Mine filtered tailings storage facility, located in northwest Quebec, is presented to evaluate the tailings liquefaction susceptibility under static loading condition. The analysis includes soil behaviour classification using CPTu test results, as well as static liquefaction and post-liquefaction stability analysis. The liquefaction susceptibility analysis is based on characteristics such as the Soil Behaviour Type (SBT), the State Parameter () and normalized corrected tip resistance (qc1), which were calculated using a set of published empirical calibrations. According to the soil behaviour classification, the majority of tailings at various depths of the TSF exhibit dilative behaviour. The stability analyses were carried out by assigning the peak and residual undrained shear strength to the contractive layers defined by the three different classification methods. The results confirm the global safety of the TSF against static liquefaction, although for some configurations, there is a superficial critical slip surface near the toe of the TSF.

RÉSUMÉ: La stabilité géotechnique des installations de stockage des résidus (ISR) a fait l'objet d'une attention considérable ces dernières années, car il a été démontré que ces installations se rompent en raison de la liquéfaction par écoulement. L'empilement des résidus filtrés est actuellement proposé comme une solution alternative aux installations de stockage des résidus; cependant, l'identification et l'analyse de ces structures à empilement de résidus filtrés présentent plusieurs défis, particulièrement dans les sites à fort taux de stockage. L’essai au piézocône (CPTu) est généralement reconnu comme étant un outil efficace pour déterminer les propriétés techniques in situ des résidus à utiliser dans les évaluations de stabilité et de liquéfaction. Pour corréler les résultats des essais au piézocône au potentiel de liquéfaction, plusieurs approches empiriques ont été proposées. Dans cet article, une caractérisation géotechnique détaillée des résidus du bassin à résidus filtrés de la mine Éléonore, situé dans le nord-ouest du Québec, est présentée afin d'évaluer la susceptibilité à la liquéfaction des résidus sous des conditions de chargement statique. L'analyse comprend la classification du comportement du sol à l'aide des résultats des tests CPTu, ainsi que l'analyse de la stabilité du déclenchement et du post-déclenchement. L'analyse de la susceptibilité à la liquéfaction se concentre sur les caractéristiques telles que le type de comportement du sol (SBT), le paramètre d'état (𝜓) et la résistance de pointe corrigée normalisée (qc1), qui ont été calculées à l'aide d'un ensemble d'étalonnages empiriques publiés. Selon la classification du comportement du sol, la majorité des résidus à différentes profondeurs du ISR présentent un comportement dilatant. Les analyses de stabilité sont réalisées en attribuant la résistance au cisaillement non drainé pic et résiduelle aux couches contractives définies par trois méthodes de classification différentes. Les résultats confirment la sécurité globale du ISR contre la liquéfaction statique, bien que pour certaines configurations particulières, il existe une surface de glissement critique superficielle près du pied du ISR.