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Aug 20, 2023

Influence de l'angle de pente sur la morphologie des dépôts et la propagation des glissements de terrain en laboratoire

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 9452 (2023) Citer cet article 666 Accès aux détails des métriques Les dépôts de glissements de terrain présentent souvent des caractéristiques de surface, telles que des crêtes transversales et des formes en X.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9452 (2023) Citer cet article

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Les dépôts de glissements de terrain présentent souvent des caractéristiques de surface, telles que des crêtes transversales et des creux conjugués en forme de X, dont les origines physiques de la formation ne sont pas bien comprises. Pour étudier la morphologie du gisement, les études en laboratoire se concentrent généralement sur la géométrie de glissement de terrain la plus simple : un plan incliné accélérant la masse glissante immédiatement suivi de sa décélération sur un plan horizontal. Cependant, les expériences existantes n’ont été menées que pour une plage limitée de l’angle de pente θ. Ici, nous étudions l'effet de θ sur la cinématique et la morphologie des dépôts de glissements de terrain en laboratoire le long d'une base à faible friction, mesurés à l'aide d'un scanner 3D avancé. Aux faibles θ (30°–35°), on retrouve des crêtes transversales formées par chevauchement sur les dépôts des glissements de terrain. À θ modéré (40 ° – 55 °), des creux conjugués se forment. Un modèle de rupture de Mohr – Coulomb prédit l'angle formé par les creux en forme de X comme étant de 90 ° − φ, avec φ l'angle de frottement interne, en accord avec nos expériences et un glissement de terrain naturel. Cela conforte l'hypothèse selon laquelle des creux conjugués se forment en raison d'une rupture associée à une contrainte de cisaillement triaxiale. À un θ élevé (60 ° – 85 °), une morphologie à double bouleversement se forme car l'arrière de la masse glissante heurte l'avant lors de la transition de la pente au plan horizontal. La surface globale des glissements de terrain augmente au cours de leur mouvement descendant puis diminue au cours de leur écoulement.

Les glissements de terrain peuvent être très destructeurs, surtout lorsqu'ils s'étendent sur de grandes distances en raison de la grande mobilité1,2,3,4,5,6,7. Outre les enquêtes sur le terrain, il est possible d'étudier leur comportement d'écoulement en construisant des modèles physiques de géométries simplifiées des glissements de terrain et en réalisant des expériences en laboratoire sur ces derniers8,9,10,11,12. La morphologie des dépôts d'un glissement de terrain est particulièrement intéressante, car elle transmet des informations sur les processus granulaires qui ont été à l'œuvre lors de son glissement.

Des expériences antérieures sur des modèles physiques13,14,15,16,17,18,19,20 et des enquêtes sur le terrain16,17,21,22,23 ont révélé différentes morphologies de dépôts de glissements de terrain et leur origine physique. Par exemple, la formation de digues a été liée à des zones statiques proches des limites latérales d’écoulements granulaires secs non confinés24. Il existe également un large consensus sur le fait que les crêtes transversales courantes, se formant perpendiculairement à la direction de l'écoulement, sont des caractéristiques de surface liées à la compression17,18,21. Cependant, l'origine physique des creux conjugués (c'est-à-dire des structures de surface présentant une forme caractéristique en X), observées à la surface de certains dépôts de grands glissements de terrain, est moins claire. Sur la base d'enquêtes sur le terrain, Wang et al.21 et Zhao et al.25 ont émis l'hypothèse qu'ils se forment par l'interaction entre la compression parallèle au transport et la propagation radiale ou latérale lors du ruissellement d'un glissement de terrain, cette dernière donnant lieu à une contrainte de cisaillement triaxiale. Si cette spéculation était vraie, cela impliquerait que le degré d'accélération initiale du glissement de terrain joue un rôle crucial dans le processus de formation, puisque la compression lors du déroulement d'un glissement de terrain est le résultat de sa décélération soudaine lors de sa transition de la pente initiale à la pente beaucoup plus plate. terrain de fuite. Cela suggère à son tour que l’angle de la pente initiale est un paramètre clé contrôlant l’apparition de creux conjugués. L'un des objectifs de cet article est de tester cette hypothèse au moyen d'expériences sur des modèles physiques.

Alors que de nombreuses études de laboratoire antérieures ont étudié la géométrie des plans inclinés10,26,27,28,29,30,31,32,33, seules quelques-unes ont étudié la géométrie des glissements de terrain, c'est-à-dire une transition soudaine17,18,34 ou douce12,16 d'un plan incliné vers un terrain de fuite beaucoup plus plat. Cependant, la plupart de ces dernières études se sont concentrées sur la dynamique des glissements de terrain plutôt que sur la morphologie des dépôts. La seule exception est Shea et van Wyk de Vries16, qui ont étudié uniquement la morphologie du gisement, sans toutefois identifier de creux conjugués. De plus, toutes les études de laboratoire antérieures basées sur la géométrie des glissements de terrain ne prenaient pas en compte une large gamme d'angles de pente.