2019年，巴西一家铁矿的尾矿大坝坍塌。由苏黎世联邦理工学院亚历山大·普兹林(Alexander Puzrin)教授领导的研究小组揭示了可能引发事故的物理机制。 

　　· 布鲁马迪纽大坝在尾矿池弃用三年后决堤的具体原因，直到现在还不清楚。 

　　· 通过数值模拟，苏黎世联邦理工学院研究人员确定了可解释大坝延迟溃坝的物理机制和主要因素。 

　　· 苏黎世联邦理工学院的模型便于未来对弃用尾矿坝的风险评估。 

　　在巴西东南部的小镇布鲁马迪纽，刚过中午灾难发生。2019年1月25日，小镇附近的一个铁矿，储存矿石加工过程中产生的泥浆、细粒残留物或“尾矿”区的尾矿坝坍塌。 

　　大约1,000万立方米液化尾矿产生的巨大泥石流淹没了矿山，摧毁了附近的居民区，并卷走了一座铁路桥。至少270人丧生。 

　　位于矿山下游帕拉奥佩巴河的生态系统遭到破坏。虽然大坝有监控系统，但没有人预见到这场灾难。 

　　布鲁马迪纽大坝的坍塌导致几起针对淡水河谷矿业公司和南德意志集团（TÜV Süd）监察机构的诉讼。事故发生前不久，南德意志集团证实大坝足够稳定。淡水河谷被要求支付相当于60亿欧元的赔偿金。 

　　调查委员会得出的结论是，事故是由堆积的尾矿层中缓慢积累的微观位移(称为蠕变)引起的，但没有提供支持这一假设的确切物理机制。特别要说的是，不确定性仍然存在，为什么大坝要在2019年崩塌—在尾矿池弃用三年后，为什么在坍塌前没有检测到明显的位移。 

　　可解释的物理机制 

　　普兹林教授是苏黎世联邦理工学院土木、环境和地理工程系岩土工程研究所所长，也是滑坡建模专家。他的研究揭示了布鲁马迪纽灾难发生的原因，研究论文现已发表在《通讯：地球与环境》杂志上。科学家们使用数值和分析模型来调查大坝溃坝的原因，他们已确定可解释这次矿难的物理机制。 

　　尾矿池建于1976年。在接下来的几年里，尾矿池的土坝经过几次扩建加高了几米。这是采矿业的惯例，为储存加工残留物创造更大的空间。大坝的台阶很像楼梯的台阶(上游原则)，顶部有偏移。 

　　最后，大坝由10级台阶组成，高86米。当这样的结构于2019年1月出问题时，处在第二级台阶的大坝最先发生破裂。结果，土坝的十级台阶全部坍塌，连同堆积的液化尾矿一起流入山谷，形成泥石流。 

　　停用后蠕变变形 

　　普兹林教授团队的研究，说明灾难如何发生。根据新的研究结果，在大坝建设过程中，在第二级台阶的尾矿已最先出现一些滑动面。随着施工的进行，这些滑动面虽然长度增大，但太短还不足以引发坍塌。 

　　而到2016年尾矿坝停用—苏黎世联邦理工学院的模型表明—这些滑动面继续在水平方向膨胀，最终达到临界长度。结果，层层尾矿开始移动，导致大坝在尾矿的重压下决堤，引发致命的泥石流。 

　　根据模型，导致滑动面扩大的原因被称为蠕变变形。这些在细粒、脆性尾矿中的变形很微小，缓慢累积的位移由覆盖层中颗粒之间不均匀的压力分布引发。 

　　普兹林说:“降雨和钻探等其他触发因素可以加速滑动面的增大，但我们的模型表明，仅蠕变变形就足以使滑动面达到可能引发大坝坍塌的临界程度。” 

　　研究结果在两个方面令人担忧:造成灾难的滑动面显然是在尾矿池弃用的时候增大的—换句话说，没有任何额外的外来载荷;滑动面的增大并未导致大坝外部显著变形，而监控系统本可以发出预警。 

　　苏黎世联邦理工学院模型支持风险分析 

　　尾矿坝用于处理铁矿和其他矿物岩石的开采残留物，在世界范围内大量使用。自2000年以来，每年都有5到6起尾矿大坝因各种原因坍塌或受损的案例。   

　　在布鲁马迪纽灾难和类似事故发生后，基于上游原则，巴西开始弃用尾矿池。然而，现在苏黎世联邦理工学院的研究表明，简单地弃用尾矿池可能无法避免危险。 

　　像布鲁马迪纽这样的大坝决口还不能用传统的监控系统来预测。苏黎世联邦理工学院的研究开拓出新的选择路径:“模型可对现有大坝进行风险分析，并预测大坝崩塌的可能性，”普兹林说。 

　　如果确定有高风险，则有各种可行的行动方案:可以打孔给尾矿池抽水降低风险，或者可以拆除尾矿坝。在紧急情况下，为保护居民可以暂时疏散受威胁的村庄，直到危险解除为止。 

　　使土坝更安全 

　　苏黎世联邦理工学院的研究结果适用于所有处理矿石开采残留物的尾矿坝。这是因为无论何时残留物由细颗粒的脆性材料组成，在最坏的情况下，沉积的材料可能会在滑动面上滑动并损毁大坝。