Rock Falls study by geophysical methods
Etude des éboulements rocheux par méthodes géophysiques
Résumé
Rock falls pose critical problems to risk management, due to the suddenness of the phenomena and the lack of precursors. Detection of unstable rock mass, evaluation of stability and comprehension of dynamic phenomenon are major elements in order to evaluate the rock falls potential hazard. In first step, the Ground Penetrating Radar allowed the 3D fractures network to be determined. An inversion strategy for fractures characterization (aperture and filling) is proposed by using the frequencial and angular sensitivity of the reflectivity of the electromagnetic waves with a thin bed approach. This methodology was applied successfully on two different study sites.
In second part, a new seismic magnitude scale was defined, which allowed us to compare and classify ground-motion vibrations. No relation was found between rock-fall parameters (fall height, runout distance, volume, potential energy) and rock-fall seismic magnitudes. On the other hand, the signal duration shows a rough correlation with the potential energy and the runout distance, highlighting the control of the propagation phase on the signal length. The signal analysis suggests the existence of at least two distinct seismic sources: one corresponding to the initial rupture associated with an elastic rebound during the detachment and the other one generated by the rock impact on the slope, whose frequency shape was confirmed by a 2D finite-element simulation.
In second part, a new seismic magnitude scale was defined, which allowed us to compare and classify ground-motion vibrations. No relation was found between rock-fall parameters (fall height, runout distance, volume, potential energy) and rock-fall seismic magnitudes. On the other hand, the signal duration shows a rough correlation with the potential energy and the runout distance, highlighting the control of the propagation phase on the signal length. The signal analysis suggests the existence of at least two distinct seismic sources: one corresponding to the initial rupture associated with an elastic rebound during the detachment and the other one generated by the rock impact on the slope, whose frequency shape was confirmed by a 2D finite-element simulation.
Les éboulements de terrain posent des problèmes importants pour la gestion des risques, à cause de leur soudaineté et de l'absence de signe précurseur. La détection d'un compartiment instable, l'évaluation de sa stabilité ainsi que la compréhension de la dynamique de sa propagation sont des éléments majeurs dans l'évaluation de l'aléa d'éboulement. En premier lieu, le géoradar a permis de mieux contraindre la géométrie 3D du réseau de fracture. Une stratégie d'inversion des caractéristiques des fractures (épaisseur et remplissage), basée sur la sensibilité fréquentielle et angulaire des réflexions des ondes électromagnétiques avec une approche de couche mince a été développé et appliqué de façon convaincante sur des données réelles acquises sur deux sites différents.
La seconde partie est consacrée à l'exploitation des signaux sismiques enregistrés lors de douze éboulements différents. Une nouvelle échelle de magnitude a été définie, qui a permis de classer les différents événements. Aucune relation n'a été trouvée entre les paramètres géométriques (et l'énergie potentielle dérivée) et la magnitude. Par contre la durée du signal montre une bonne corrélation avec l'énergie potentielle. L'analyse détaillée des signaux suggère l'existence d'au moins deux sources sismiques, une correspondant à la rupture associée au rebond élastique induit par le détachement de la masse rocheuse et une autre générée par l'impact de la masse sur la pente, dont l'aspect fréquentiel a été confirmé par une analyse numérique 2D par la méthode des éléments finis.
La seconde partie est consacrée à l'exploitation des signaux sismiques enregistrés lors de douze éboulements différents. Une nouvelle échelle de magnitude a été définie, qui a permis de classer les différents événements. Aucune relation n'a été trouvée entre les paramètres géométriques (et l'énergie potentielle dérivée) et la magnitude. Par contre la durée du signal montre une bonne corrélation avec l'énergie potentielle. L'analyse détaillée des signaux suggère l'existence d'au moins deux sources sismiques, une correspondant à la rupture associée au rebond élastique induit par le détachement de la masse rocheuse et une autre générée par l'impact de la masse sur la pente, dont l'aspect fréquentiel a été confirmé par une analyse numérique 2D par la méthode des éléments finis.
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