Published February 26, 2014 | Version v1
Publication Metadata-only

A model of landslide triggering by transient pressure waves

Creators

  • 1. Masinde Muliro University of Science and Technology
  • 2. University of KwaZulu-Natal

Description

Abstract. Previous studies indicate that most rainfall-triggered shallow landslides are initiated by a spike in rainfall intensity, which does not usually occur at the beginning of a critical storm, within which the slide is triggered, but after several minutes (or hours) of the storm. The critical storm is also usually not positioned at the beginning of a rainfall season, but after several days of antecedent period. Rainfall triggers landslides via rapid increase in pore water pressure, commonly associated with the change in water content. Consequently, many hydrologic pressure wave models assume that rapid pore water pressure responses are as a result of rapid infiltration of rainwater. On the contrary, this paper argues that, based on the above timings of landslide occurrences and the knowledge that infiltration rate decays with the soil wetness, the rapid increase in pore water pressure that triggers shallow landslides is as a result of rapid introduction of additional energy into the tension saturated (or nearly saturated) zone by the intense rainfall at the ground surface, without infiltration. Antecedent and critical precipitations are significant in creating a tension saturated zone, necessary for rapid transmission of the introduced energy from the ground surface to the lower soil horizons during the critical storm. These arguments are supported by a newly proposed one-dimensional diffusion mathematical model, which, when solved for the appropriate boundary conditions, can yield pore water pressure at any time and depth of a tension-saturated soil profile, without infiltration. The newly proposed diffusion model is mathematically similar to Iverson's model (Iverson, 2000), except that the hydraulic diffusivity parameter in the latter is substituted with a newly proposed energy diffusivity coefficient in the former. A combination of the new diffusion model and the infinite slope model can predict the stability of a shallow slope as a result of transient pore water pressure.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة: تشير الدراسات السابقة إلى أن معظم الانهيارات الأرضية الضحلة الناجمة عن هطول الأمطار تبدأ بارتفاع في شدة هطول الأمطار، والتي لا تحدث عادة في بداية عاصفة حرجة، يتم خلالها تشغيل الانزلاق، ولكن بعد عدة دقائق (أو ساعات) من العاصفة. عادة لا يتم وضع العاصفة الحرجة في بداية موسم هطول الأمطار، ولكن بعد عدة أيام من الفترة السابقة. يتسبب هطول الأمطار في حدوث انهيارات أرضية من خلال الزيادة السريعة في ضغط المياه المسامية، والتي ترتبط عادة بالتغير في محتوى الماء. وبالتالي، تفترض العديد من نماذج موجات الضغط الهيدرولوجي أن استجابات ضغط المياه المسامية السريعة هي نتيجة للتسلل السريع لمياه الأمطار. على العكس من ذلك، تجادل هذه الورقة بأنه بناءً على التوقيتات المذكورة أعلاه لحدوث الانهيارات الأرضية ومعرفة أن معدل التسرب يتحلل مع رطوبة التربة، فإن الزيادة السريعة في ضغط المياه المسامية التي تسبب الانهيارات الأرضية الضحلة هي نتيجة للإدخال السريع للطاقة الإضافية في المنطقة المشبعة بالتوتر (أو المشبعة تقريبًا) بسبب هطول الأمطار الغزيرة على سطح الأرض، دون تسلل. تعتبر الترسبات السابقة والحرجة مهمة في خلق منطقة مشبعة بالتوتر، ضرورية للانتقال السريع للطاقة المدخلة من سطح الأرض إلى آفاق التربة السفلية أثناء العاصفة الحرجة. يتم دعم هذه الحجج من خلال نموذج رياضي للانتشار أحادي البعد مقترح حديثًا، والذي، عند حله للظروف الحدودية المناسبة، يمكن أن يؤدي إلى ضغط المياه المسامية في أي وقت وعمق ملف تعريف التربة المشبعة بالتوتر، دون تسلل. نموذج الانتشار المقترح حديثًا مشابه رياضيًا لنموذج إيفرسون (إيفرسون، 2000)، باستثناء أن معلمة الانتشار الهيدروليكي في الأخير يتم استبدالها بمعامل انتشار الطاقة المقترح حديثًا في النموذج الأول. يمكن لمزيج من نموذج الانتشار الجديد ونموذج المنحدر اللانهائي التنبؤ باستقرار المنحدر الضحل نتيجة لضغط الماء المسامي العابر.

Translated Description (French)

Résumé. Des études antérieures indiquent que la plupart des glissements de terrain peu profonds déclenchés par les précipitations sont déclenchés par un pic d'intensité des précipitations, qui ne se produit généralement pas au début d'une tempête critique, au sein de laquelle le glissement est déclenché, mais après plusieurs minutes (ou heures) de la tempête. La tempête critique n'est généralement pas positionnée au début d'une saison des pluies, mais après plusieurs jours de période antécédente. Les précipitations déclenchent des glissements de terrain via une augmentation rapide de la pression de l'eau interstitielle, généralement associée au changement de la teneur en eau. Par conséquent, de nombreux modèles d'ondes de pression hydrologiques supposent que les réponses rapides de la pression de l'eau interstitielle résultent d'une infiltration rapide de l'eau de pluie. Au contraire, cet article soutient que, sur la base des chronologies ci-dessus des occurrences de glissements de terrain et de la connaissance que le taux d'infiltration se désintègre avec l'humidité du sol, l'augmentation rapide de la pression de l'eau interstitielle qui déclenche des glissements de terrain peu profonds résulte de l'introduction rapide d'énergie supplémentaire dans la zone de tension saturée (ou presque saturée) par les précipitations intenses à la surface du sol, sans infiltration. Les précipitations antérieures et critiques sont importantes pour créer une zone saturée de tension, nécessaire à la transmission rapide de l'énergie introduite de la surface du sol vers les horizons inférieurs du sol pendant la tempête critique. Ces arguments sont soutenus par un modèle mathématique de diffusion unidimensionnel nouvellement proposé, qui, lorsqu'il est résolu pour les conditions limites appropriées, peut produire une pression d'eau interstitielle à tout moment et à toute profondeur d'un profil de sol saturé de tension, sans infiltration. Le modèle de diffusion nouvellement proposé est mathématiquement similaire au modèle d'Iverson (Iverson, 2000), sauf que le paramètre de diffusivité hydraulique dans ce dernier est remplacé par un coefficient de diffusivité énergétique nouvellement proposé dans le premier. Une combinaison du nouveau modèle de diffusion et du modèle de pente infinie peut prédire la stabilité d'une pente peu profonde en raison de la pression transitoire de l'eau interstitielle.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Estudios previos indican que la mayoría de los deslizamientos de tierra poco profundos provocados por la lluvia se inician por un aumento en la intensidad de la lluvia, que no suele ocurrir al comienzo de una tormenta crítica, dentro de la cual se desencadena el deslizamiento, sino después de varios minutos (u horas) de la tormenta. La tormenta crítica tampoco suele posicionarse al comienzo de una temporada de lluvias, sino después de varios días de periodo antecedente. Las precipitaciones provocan deslizamientos de tierra a través del rápido aumento de la presión del agua de los poros, comúnmente asociado con el cambio en el contenido de agua. En consecuencia, muchos modelos de ondas de presión hidrológicas asumen que las respuestas rápidas a la presión del agua de los poros son el resultado de una rápida infiltración del agua de lluvia. Por el contrario, este documento argumenta que, con base en los tiempos anteriores de ocurrencias de deslizamientos de tierra y el conocimiento de que la tasa de infiltración decae con la humedad del suelo, el rápido aumento en la presión del agua de los poros que desencadena deslizamientos de tierra poco profundos es el resultado de la rápida introducción de energía adicional en la zona de tensión saturada (o casi saturada) por la intensa lluvia en la superficie del suelo, sin infiltración. Las precipitaciones antecedentes y críticas son significativas en la creación de una zona de tensión saturada, necesaria para la transmisión rápida de la energía introducida desde la superficie del suelo a los horizontes inferiores del suelo durante la tormenta crítica. Estos argumentos están respaldados por un modelo matemático de difusión unidimensional recientemente propuesto, que, cuando se resuelve para las condiciones de límite apropiadas, puede producir presión de agua porosa en cualquier momento y profundidad de un perfil de suelo saturado de tensión, sin infiltración. El modelo de difusión recientemente propuesto es matemáticamente similar al modelo de Iverson (Iverson, 2000), excepto que el parámetro de difusividad hidráulica en este último se sustituye por un coeficiente de difusividad de energía recientemente propuesto en el primero. Una combinación del nuevo modelo de difusión y el modelo de pendiente infinita puede predecir la estabilidad de una pendiente poco profunda como resultado de la presión transitoria del agua en los poros.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نموذج للانهيارات الأرضية الناجمة عن موجات الضغط العابرة
Translated title (French)
Un modèle de déclenchement de glissement de terrain par des ondes de pression transitoires
Translated title (Spanish)
Un modelo de desencadenamiento de deslizamientos de tierra por ondas de presión transitorias

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2108816866
DOI
10.5194/hessd-11-2355-2014

Is supplement to
https://openalex.org/W4297672794 (Other)
https://openalex.org/W4285708973 (Other)
https://openalex.org/W4234110440 (Other)
https://openalex.org/W3208361192 (Other)
https://openalex.org/W2808236023 (Other)
https://openalex.org/W2602289729 (Other)
https://openalex.org/W2397988630 (Other)
https://openalex.org/W2386859497 (Other)
https://openalex.org/W2364859092 (Other)
https://openalex.org/W1552178403 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1972476110
  • https://openalex.org/W1995459955
  • https://openalex.org/W2000228206
  • https://openalex.org/W2003944059
  • https://openalex.org/W2007527446
  • https://openalex.org/W2020028421
  • https://openalex.org/W2032600630
  • https://openalex.org/W2044622173
  • https://openalex.org/W2050297473
  • https://openalex.org/W2054088683
  • https://openalex.org/W2055711838
  • https://openalex.org/W2057216024
  • https://openalex.org/W2066275631
  • https://openalex.org/W2069375419
  • https://openalex.org/W2069954085
  • https://openalex.org/W2076497114
  • https://openalex.org/W2078461092
  • https://openalex.org/W2079965317
  • https://openalex.org/W2084622133
  • https://openalex.org/W2106694876
  • https://openalex.org/W2137611024
  • https://openalex.org/W2139222586
  • https://openalex.org/W2141282148
  • https://openalex.org/W2145513521
  • https://openalex.org/W2152304411
  • https://openalex.org/W2164405141
  • https://openalex.org/W2171538928
  • https://openalex.org/W2171926753
  • https://openalex.org/W2314389726
  • https://openalex.org/W2329799550
  • https://openalex.org/W2490506561
  • https://openalex.org/W4211187177