Influence of initial block packing on rock avalanche flow and emplacement mechanisms through FEM/DEM simulations

Irene Manzella, Andrea Lisjak, Omid K. Mahabadi, Giovanni Grasselli

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Landslides

ABSTRACT: The importance of the initial packing of a rock cumulus on its flow process and emplacement mechanism has been highlighted by several small-scale experiments (Manzella and Labiouse, 2009) where thousands of terracotta bricks were either randomly settled as a loose material or orderly piled one on top of the other before releasing them on an inclined slope. When bricks were piled, longer runout were observed compared to tests run with loose bricks. The reason of this difference has been highlighted using a 2D Finite Element-Discrete Element code by explicitly accounting for the shape of the blocks and the interactions between them. When bricks are piled, the mass has originally an ordinate structure that tends to be preserved during the downhill motion and only after the slope break it shatters, whereas in the case of bricks randomly settled into the box, the mass behaves as a loose material from the start and more energy is lost from the beginning through both friction and collisions at the base and within the granular mass. When the slope break is smoother, the relatively-coherent structure of the block cumulus is even less disaggregated, as a consequence less energy is dissipated at the toe, the mass can travel further and it preserves the inherited geometries. Simulations confirm the experimental results, giving a better insight on the understanding of the effect of the initial block packing on the longitudinal spreading and on the mechanisms underneath the process of rock avalanche propagation.

RÉSUMÉ: L'importance de la structure initial d'un cumulus de roche sur le processus de flux et le mécanisme de mise en place a été soulignée par plusieurs expériences à petite échelle (Manzella et Labiouse, 2009) où des milliers de briques de terre cuite ont été soit disposées comme un matériau en vrac ou empilées les unes au-dessus des autre de manière ordonnée avant de les relâcher sur une pente inclinée. Quand les briques ont été empilées, des plus longues distances parcourues ont été observées par rapport aux tests effectués avec des briques en vrac. La raison de cette différence a été mise en évidence en utilisant un code par éléments finis-éléments discrets combinés, en tenant compte explicitement de la forme des blocs et des interactions entre eux. Dans le cas de briques en vrac l'énergie est dissipée à la fois par friction et par collisions à la base et au sein de la masse granuleuse tout le long de la pente et du . Alors que quand les briques sont empilées, frottement à la base sur le plan incliné, là où la masse reste relativement structurée. Puis, énergie est dissipée aussi . Lorsque le pied de pente est plus doux, cet effet est encore plus évident: la structure relativement cohérente du cumulus est moins désagrégée au pied, moins , la masse peut parcourir des plus longues distances et la structure des colonnes des briques empilées est préservée dans le dépôt final. Les simulations confirment les résultats expérimentaux, en donnant une meilleure compréhension de l'effet de la structure initial du cumulus de roche sur les mécanismes de propagation des avalanches rocheuses.

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