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Aug 20, 2023

Influência do ângulo de inclinação na morfologia dos depósitos e na propagação de deslizamentos de laboratório

Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 9452 (2023) Citar este artigo 666 Acessos Detalhes de métricas Os depósitos de deslizamentos geralmente exibem características de superfície, como cristas transversais e em forma de X

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9452 (2023) Citar este artigo

666 acessos

Detalhes das métricas

Os depósitos de deslizamentos frequentemente exibem características superficiais, como cristas transversais e depressões 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 mais simples do deslizamento: um plano inclinado acelerando a massa deslizante imediatamente seguido por sua desaceleração em um plano horizontal. No entanto, os 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, medido usando um scanner 3D avançado. Em θ baixo (30°–35°), encontramos cristas transversais formadas por empurrões nos depósitos de deslizamento. Em θ moderado (40°–55°), formam-se depressões conjugadas. Um modelo de falha de Mohr-Coulomb prevê o ângulo delimitado pelas calhas em forma de X como 90° - φ, com φ o ângulo de atrito interno, de acordo com nossos experimentos e um deslizamento natural. Isto apoia a especulação de que calhas conjugadas se formam devido à falha associada a uma tensão de cisalhamento triaxial. Em θ alto (60°–85°), uma morfologia de duplo levante se forma porque a parte traseira da massa deslizante impacta a frente durante a transição da encosta para o plano horizontal. A área total da superfície dos deslizamentos aumenta durante o movimento descendente e depois diminui durante o desvio.

Os deslizamentos de terra podem ser muito destrutivos, especialmente quando percorrem grandes distâncias devido à alta mobilidade1,2,3,4,5,6,7. Além de investigações de campo, pode-se estudar seu comportamento de fluxo através da construção de modelos físicos de geometrias simplificadas de deslizamentos 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 atuaram durante o deslizamento.

Experimentos anteriores com modelos físicos 13,14,15,16,17,18,19,20 e investigações de campo 16,17,21,22,23 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 consenso generalizado de que as cristas transversais que ocorrem comumente, formando-se perpendicularmente à direção do fluxo, são características superficiais relacionadas à compressão . No entanto, a origem física dos cavados conjugados (ou seja, estruturas superficiais com formato de X característico), observadas na superfície de alguns depósitos de grandes deslizamentos, 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 o espalhamento radial ou lateral durante o desvio de um deslizamento, este último dando origem a uma tensão de cisalhamento triaxial. Se esta especulação fosse verdadeira, implicaria que o grau de aceleração inicial do deslizamento desempenha um papel crucial no processo de formação, uma vez que a compressão durante o desvio de um deslizamento é o resultado de sua desaceleração repentina durante a transição da encosta inicial para a encosta muito mais plana. terreno de esgotamento. Isto, por sua vez, sugere que o ângulo de inclinação inicial é um parâmetro chave que controla a ocorrência de depressões conjugadas. É um dos objetivos deste artigo testar essa hipótese por meio de experimentos com modelos físicos.

Embora numerosos estudos laboratoriais anteriores tenham investigado geometrias de planos inclinados10,26,27,28,29,30,31,32,33, apenas alguns investigaram geometrias de deslizamento de terra, isto é, uma transição repentina17,18,34 ou suave12,16 de um plano inclinado para terrenos com desvios muito mais planos. No entanto, a maioria dos últimos estudos concentrou-se na dinâmica dos deslizamentos 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 vales conjugados. Além disso, todos os estudos laboratoriais anteriores baseados na geometria do deslizamento não consideraram uma grande variedade de ângulos de inclinação.