Expanding collapse in partially submerged granular soil slopes

摘要

The traditional approach to stability analysis of granular slopes leads to the safety factor that is associated with a planar failure surface approaching the slope face, whether the slope is “dry” or submerged. However, for partially submerged slopes, a more critical, nonplanar failure surface can be formed. A family of geometrically similar surfaces can be found that is characterized by the same safety factor. If the safety factor drops down to unity and the slope becomes unstable, then a mechanism of any size can form. Alternatively, the failure may start at some small region and then the volume of the mechanism of failure can expand, giving rise to a progressive failure of a different kind that is typically associated with slopes. This progression has the character of a “disturbance” or a shock-like kinematic discontinuity propagating into the soil at rest. A quantitative analysis is presented and it is demonstrated that the soil dilates while the mechanism expands, leaving the slope weakened and susceptible to a deep failure. This is a plausible mode of failure of partially submerged slopes, the type that is most likely responsible for large subaqueous landslides, and is similar to the well-documented instability propagation in “quick clay.”L'approche traditionnelle pour l'analyse de stabilité des pentes faites de matériaux granulaires permet d'obtenir un facteur de sécurité associé à une surface de rupture plane, près de la surface de la pente, que ce soit pour une pente «sèche» ou submergée. Cependant, dans le cas des pentes partiellement submergées, une surface de rupture non plane, et plus critique, peut être formée. Une famille de surface ayant une géométrie similaire, et caractérisée par le même facteur de sécurité, peut être formée. Si le facteur de sécurité descend à une valeur de 1 et que la pente devient instable, alors n'importe quelle taille de mécanisme peut se former. D'un autre côté, la rupture peut débuter dans une petite région, ensuite le volume du mécanisme de rupture peut prendre de l'expansion, ce qui amène à un type différent de rupture progressive qui est normalement associée aux pentes. Cette progression ressemble à une perturbation ou une discontinuité cinétique de type onde de choc qui se propage à travers le sol au repos. Une analyse quantitative est présentée, et démontre que le sol se dilate à mesure que le mécanisme prend de l'expansion, laissant ainsi la pente affaiblie et susceptible à une rupture en profondeur. Ce mode de rupture est plausible pour des pentes partiellement submergées et est probablement responsable des importants glissements de terrains sous-marins, en plus d'être similaire à la propagation des instabilités dans l'«argile rapide» qui elle est bien documentée.