Influência do ângulo de inclinação na morfologia do depósito e propagação de deslizamentos de laboratório

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9452 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Os depósitos de deslizamentos de terra geralmente exibem características de superfície, como cristas transversais e cavas conjugadas em forma de X, cujas origens de formação física não são bem compreendidas. Para estudar a morfologia do depósito, os estudos de laboratório normalmente se concentram na geometria de deslizamento de terra mais simples: um plano inclinado acelerando a massa deslizante imediatamente seguido por sua desaceleração em um plano horizontal. No entanto, experimentos existentes foram conduzidos apenas para uma faixa limitada do ângulo de inclinação θ. Aqui, estudamos o efeito de θ na cinemática e na morfologia do depósito de deslizamentos de laboratório ao longo de uma base de baixo atrito, medidos usando um scanner 3D avançado. Em θ baixo (30°–35°), encontramos cristas transversais formadas por overthrusting nos depósitos de deslizamento de terra. Em θ moderado (40°–55°), formam-se depressões conjugadas. Um modelo de falha de Mohr-Coulomb prevê o ângulo fechado pelas calhas em forma de X como 90° − φ, com φ o ângulo de atrito interno, de acordo com nossos experimentos e um deslizamento de terra natural. Isso apóia a especulação de que os vales conjugados se formam devido à falha associada a uma tensão de cisalhamento triaxial. Em θ alto (60°–85°), forma-se uma morfologia de duplo levantamento porque a parte traseira da massa deslizante impacta a frente durante a transição do talude para o plano horizontal. A área total da superfície dos deslizamentos de terra aumenta durante o movimento descendente e depois diminui durante o desvio.

Os deslizamentos de terra podem ser muito destrutivos, especialmente quando se estendem por grandes distâncias devido à alta mobilidade1,2,3,4,5,6,7. Além das investigações de campo, pode-se estudar seu comportamento de escoamento por meio da construção de modelos físicos de geometrias simplificadas de deslizamentos de terra e da realização de experimentos de laboratório sobre eles8,9,10,11,12. De particular interesse é a morfologia do depósito de um deslizamento de terra, uma vez que transmite informações sobre os processos granulares que ocorreram durante o deslizamento.

Experimentos anteriores de modelo físico13,14,15,16,17,18,19,20 e investigações de campo16,17,21,22,23 revelaram diferentes morfologias de depósitos de deslizamentos de terra e sua origem física. Por exemplo, a formação de diques tem sido associada a zonas estáticas perto dos limites laterais de fluxos granulares secos não confinados24. Há também um amplo consenso de que as cristas transversais que ocorrem comumente, formando-se perpendicularmente à direção do fluxo, são características de superfície relacionadas à compressão17,18,21. No entanto, a origem física de calhas conjugadas (ou seja, estruturas de superfície com uma característica em forma de X), observadas na superfície de alguns depósitos de grandes deslizamentos de terra, é menos clara. Com base em investigações de campo, Wang, et al.21 e Zhao, et al.25 especularam que eles se formam pela interação entre a compressão paralela ao transporte e a propagação radial ou lateral durante o desvio de um deslizamento de terra, o último dando origem a uma tensão de cisalhamento triaxial. Se essa especulação fosse verdadeira, isso implicaria que o grau de aceleração inicial do deslizamento de terra desempenha um papel crucial no processo de formação, uma vez que a compressão durante o desvio de um deslizamento de terra é o resultado de sua desaceleração repentina durante sua transição do declive inicial para o plano muito mais plano. terreno vazado. Isso, por sua vez, sugere que o ângulo de inclinação inicial é um parâmetro chave que controla a ocorrência de calhas conjugadas. É um dos objetivos deste artigo testar essa hipótese por meio de experimentos com modelos físicos.

Enquanto numerosos estudos de laboratório anteriores investigaram geometrias de planos inclinados10,26,27,28,29,30,31,32,33, apenas alguns poucos investigaram geometrias de deslizamento de terra, ou seja, uma transição repentina17,18,34 ou suave12,16 de um plano inclinado para um terreno muito mais plano. No entanto, a maioria dos últimos estudos se concentrou na dinâmica do deslizamento de terra e não na morfologia do depósito. A única exceção é Shea e van Wyk de Vries16, que estudaram apenas a morfologia do depósito, embora não tenham identificado calhas conjugadas. Além disso, todos os estudos de laboratório anteriores baseados em uma geometria de deslizamento de terra não consideraram uma grande variedade de ângulos de inclinação.