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Empirical and analytical analyses of laboratory granular flows to investigate rock avalanche propagation

Résumé

Laboratory experiments which consist of releasing dry rigid non-cohesive grains or small bricks on an unconfined chute have been designed to investigate rock avalanche propagation mechanisms and to identify parameters influencing their deposit characteristics. Factors such as volume, fall height, basal friction angle, material used, structure of the material before release, i.e. bricks randomly poured into the reservoir before failure or piled orderly one on top of the other, and type of slope break, i.e. curved or sharp angular, are considered and their influence on apparent friction angle, travel angle of the centre of mass, deposit length and runout is analysed. Results highlight the influence of the structure of the material before release and of the type of transition at the toe of the slope on the mobility of granular avalanches. The more angular and sharp is the slope break, the more shearing (friction) and collisions will develop within the sliding mass as it changes its flow direction, the larger will be the energy dissipation and the shorter will be the travel distance. Shorter runout is also observed when bricks are randomly poured into the reservoir before release compared to when they are piled one on top of the other. In the first case more energy is dissipated all along the flow through friction and collisions within the mass. Back-analysis with a sled block model of experiments with a curved slope break underlines the importance of accounting centripetal acceleration in the modelling of the distance travelled by the centre of mass of a granular mass. This type of model though is not able to assess the spreading of the mass and its total runout because it does not take into account the internal deformation and the transfer of momentum within the mass which, as highlighted by the experimental results, play an important role in the mobility of rock avalanches.

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Concepts associés (29)
Accélération
L'accélération est une grandeur physique vectorielle, appelée de façon plus précise « vecteur accélération », utilisée en cinématique pour représenter la modification affectant la vitesse d'un mouvement en fonction du temps. La norme (l'intensité) de ce vecteur est appelée simplement « accélération » sans autre qualificatif. Dans le langage courant, l'accélération s'oppose à la décélération (mathématiquement, une accélération négative) et indique l'augmentation de la vitesse ou de la fréquence d'évolution d'un processus quelconque, par exemple l'accélération de la fréquence cardiaque ou celle d'une suite de situations.
Force centripète
Le terme force centripète (« qui tend à rapprocher du centre », en latin) désigne une force permettant de maintenir un objet dans une trajectoire incurvée, généralement une conique (cercle, ellipse, parabole, hyperbole). En effet, tout objet décrivant une trajectoire de ce type possède en coordonnées cylindriques une accélération radiale non nulle, appelée accélération centripète, qui est dirigée vers le centre de courbure. D'un point de vue dynamique, le principe fondamental de la dynamique (PFD) indique alors la présence d'une force radiale dirigée elle aussi vers le centre de courbure.
Distance (mathématiques)
En mathématiques, une distance est une application qui formalise l'idée intuitive de distance, c'est-à-dire la longueur qui sépare deux points. C'est par l'analyse des principales propriétés de la distance usuelle que Fréchet introduit la notion d'espace métrique, développée ensuite par Hausdorff. Elle introduit un langage géométrique dans de nombreuses questions d'analyse et de théorie des nombres.
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