Simulation of the Motion of Semi-Coherent Landslides

ABSTRACT: Reliable methods that are able to predict key characteristics of landslide runout are essential in analysing the risk posed by extremely rapid landslides. Runout models derived based on fluid mechanics have been successful in simulating extremely rapid flow-like landslides, however these models are unable to simulate extremely rapid coherent landslides or slides that are initially coherent and then turn flow-like. This paper presents a model based on solid mechanics that is able to simulate extremely rapid coherent landslides. Its features include: (i) the ability to simulate both translation and rotation of an arbitrarily shaped sliding mass across complex three dimensional terrain, (ii) the ability to simulate landslides that are initially coherent and then turn flow-like and (iii) simplicity of use and computational efficiency. The model has been verified by simulating solid mechanics problems for which analytical solutions exists. It is able to accurately predict both velocities and displacements of these systems. The results of the back analysis of the Goldau Rock Avalanche is presented. This analysis shows that the combined solid mechanics-fluid dynamics model is able reproduce the bulk properties of this complex sliding and flow event.

RÉSUMÉ: Il est primordial d’établir des méthodes fiables afin de prévoir les principales caractéristiques des distances d’éboulement au cours d’un glissement de terrain lorsqu’on analyse le risque posé par les glissements de terrain extrêmement rapides. On est parvenu à simuler des glissements de terrain de type liquide extrêmement rapides grâce à des modèles d’éboulement fondés sur la mécanique des fluides, cependant ces modèles ne parviennent ni à simuler des glissements de terrain cohérents extrêmement rapides, ni des glissements de terrain initialement cohérents, qui ensuite se fluidifient. Cette dissertation présente un modèle dérivé sur la base de la mécanique des solides qui est capable de simuler des glissements de terrain cohérents extrêmement rapides. Ses caractéristiques comprennent: (i) la capacité à simuler à la fois la translation et la rotation d'une masse de glissement de forme arbitraire sur un terrain en trois dimensions complexes, (ii) la capacité à simuler des glissements de terrain qui sont initialement cohérents et qui ensuite se fluidifient et (iii) la simplicité de l'utilisation et l'efficacité de calcul. Le modèle a été vérifié en simulant des problèmes de mécanique des solides pour lesquels des solutions analytiques existent déjà. Il est capable de prédire avec précision les vitesses et les déplacements de ces systèmes. Les résultats de l'analyse de fond sur l’Avalanche de Goldau Rock seront pris en compte. Cette analyse démontre qu’un modèle combiné de dynamique de la mécanique des fluides appliqué à des éléments solides est capable de reproduire l’essentiel des propriétés de ce type d’événement de glissement complexe.