| Abstract | Factors primary controlling rainfall-induced slope failures are both rainfall characteristics and soil properties. Rainfall causes a transient infiltration process through the unsaturated part of the slope which affects sloping material by increasing the moisture content and pore-water pressure, changing the effective stress and hydro-mechanical properties of the soil. To study the physical process of rainfall infiltration and how it affects the slope stability state, the dependency between water retention properties, hydraulic permeability, shear strength properties and the water content or negative pore-water pressures existing above the phreatic surface have to be known. Unlike for the shallow-type landslides, very few studies were performed for the case of deep-seated landslides built of material with relatively low hydraulic conductivity. This kind of studies were never performed for landslides occurring in flysch deposits.
This study presents the results of different field investigations, laboratory tests, and numerical activities that were performed to build up a numerical model capable to determine the influence of rainfall infiltration process on slope stability state through time. Undisturbed samples of the residual soil from a flysch rock mass were used to perform different laboratory tests in saturated and unsaturated conditions, aimed to provide an advanced hydro-mechanical characterization of the soil behavior under negative pore-water pressure. For the first time, the water retention curves, hydraulic conductivity functions, and unsaturated shear strength characteristics of the investigated soil were determined. Simulation results showed that rainfall duration, instead of intensity, is the crucial factor causing the landslide instability. Results suggest that only about 8 mm of rainfall can infiltrate into the slope during a day. The shear strength component associated with the negative pore-water pressure was found to have a negligible influence on the slope stability at the time of failure since positive pore-water pressure exists along the entire sliding surface. However, it is the unsaturated zone with specific hydraulic features that delay the landslide triggering event. Reduced hydraulic permeability and retention capacity of the soil between the phreatic line and slope surface are factors that postpone build-up of positive pore-water pressure along the sliding surface and enable the slope to remain stable during a long-lasting heavy precipitation. |
| Abstract (english) | Klizišta uzrokovana oborinama učestalo se događaju diljem svijeta u različitim klimatskim, geološkim i topografskim uvjetima. Rastući broj studija provedenih unazad dva desetljeća ukazuje kako promjene značajki oborina, vezano uz moguće globalne klimatske promjene, mogu dodatno povećati učestalost nastanka klizišta. Uz značajke oborina, karakteristike tla drugi su faktor od krucijalne važnosti za nastanak klizišta uzrokovanih oborinama. Ovisno o odnosu intenziteta kiše i hidrauličkih značajki materijala koji sačinjavaju površinski dio padine, infiltracija oborine u kosinu tijekom vremena odvija se kao nestacionarni proces pri kojem dolazio do promjene vlažnost tla i preraspodjele pornih pritisaka unutar nesaturirane zone geotehničkog presjeka. Pritom najvažniji utjecaj na količinu i brzinu infiltracije, promjenu efektivnih naprezanja i mogući pad čvrstoće materijala imaju hidrauličke i mehaničke značajke tla. Kako bi se riješila jednadžba koja opisuje tečenja vode kroz nesaturirano tlo u vremenu i kvantificirao utjecaj oborine na stanje stabilnosti kosine, potrebno je poznavati funkcije značajki tla u nesaturiranim uvjetima: retencijsku krivulju, funkciju hidrauličke propusnosti te odnos između značajki čvrstoće i vlažnosti tla ili negativnih pornih pritisaka. Matrična sukcija je termin koji se u mehanici nesaturiranih tala najčešće koristi za negativni porni pritisak. Za razliku od plitkih klizišta u materijalima veće propusnosti, studije u kojima se proučava utjecaj nestacionarnog procesa infiltracije oborina na stabilnost dubokih klizišta izgrađenih od materijala relativno niske propusnosti vrlo su rijetke. Prethodna istraživanja klizišta u naslagama fliša u dolini Rječine bavila su se prvenstveno porastom pozitivnih pornih pritisaka uslijed dugotrajnih oborina i utjecajem procesa trošenja flišne stijenske mase na fizičko-mehaničke značajke tla. Pritom je utjecaj dugotrajnih oborina uzet u obzir u analizama stabilnosti jednostavnim podizanje razine podzemne vode (vrlo često i do površine terena), čime se smanjuju efektivna naprezanja i reducira posmična čvrstoća materijala duž klizne plohe. Budući da u ovoj vrsti analiza vrijeme nije jedna od varijabli, distribuciju pornih pritisaka i stabilnost kosine nije moguće analizirati u vremenu. Također, pretpostavlja se da je materijal ispod razine podzemne vode potpuno saturiran, odnosno potpuno suh iznad te razine. Utjecaj matrične sukcije unutar nesaturirane zone geotehničkog presjeka se zanemaruje, kao i svi efekti na hidro-mehaničke značajke tla. Kako bi se, po prvi puta u slučaju istraživanog materijala i predmetnog područja, aplicirali principi nesaturirane mehanike tla na nastanak klizišta uzrokovanih oborinama, provedene su brojne terenske i laboratorijske aktivnosti. Dva osnovna razloga zbog kojih je klizište Valići odabrano kao pilot područje za provedbu istraživanja su prisutnost rezidualnog tla u površinsko dijelu padine za koje je primijećeno značajno isušivanje tijekom sušnih ljetnih mjeseci, te činjenica da su reaktivaciji klizišta u veljači 2014. godine prethodile višemjesečne intenzivne oborine. Neporemećeni uzorci tla uzeti s površinskog dijela klizišta korišteni su za određivanje hidro-mehaničkih značajki tla u nesaturiranim uvjetima. Različitim tehnikama mjerenja i korištenjem ukupno šest laboratorijskih uređaja, određene su retencijske krivulje za proces adsorpcije i desorpcije pri različitim vertikalnim naprezanjima. Metodom nelinearne regresije određeni su parametri najčešće korištenih jednadžbi za opis retencijskih funkcija. Mjerenja hidrauličke propusnosti u saturiranim i nesaturiranim uvjetima, u kombinaciji s retencijskim krivuljama omogućili su definiranje funkcije propusnosti tla u nesaturiranim uvjetima. Time je definirana zavisnost hidrauličke propusnosti materijala od matrične sukcije ili vlažnosti tla. Korištenjem modificiranih uređaja za direktno smicanje tla baziranih na principu translatiranih osi, određen je utjecaj matrične sukcije na značajke čvrstoće tla. Definirane funkcije značajki tla u nesaturiranim uvjetima i rezultati terenskih mjerenja iskorišteni su za definiranje dvodimenzionalnog numeričkog modela kojim je moguće simulirati nestacionarni proces infiltracije oborina u kosinu, te odrediti utjecaj ovog procesa na stanje stabilnosti kosine u vremenu. Kako se parcijalna diferencijalna jednadžba tečenja vode kroz nesaturirano tlo rješava u prostoru i vremenu, pri čemu nelinearnost jednadžbe proizlazi iz nelinearnog odnosa materijalnih značajki i matrične sukcije, rješavanje iste najčešće podrazumijeva iterativne postupke i upotrebu numeričkih metoda. Komercijalno dostupni program SEEP/W (GEO-SLOPE International, Ltd.) baziran na metodi konačnih elemenata korišten je za rješavanje problema infiltracije oborina u kosinu korištenjem realnih ili umjetno generiranih zapisa oborina. Distribucije pornih pritisaka izračunate za različite vremenske trenutke integrirane su u program koji implementira metodu analize granične ravnoteže SLOPE/W (GEO-SLOPE International, Ltd.) kako bi se za svaki od proračunatih profila raspodjele pornih pritisaka izračunao faktor sigurnosti kosine. Time je utvrđena vremenska promjena stanja stabilnosti kosine izgrađene u naslagama fliša, uzimanjem u obzir različitih inicijalnih i rubnih uvjeta. Rezultati analiza potvrdili su dugotrajnost oborina kao presudan faktor za nastanak nestabilnosti, dok ekstremne količine oborina u kraćem vremenskom periodu rezultiraju značajnim površinskim otjecanjem. Čak i kada su mjereni intenziteti u periodu od rujna do veljače 2014. godine reducirani za 50 posto, rezultati analiza ukazuju kako se na dan reaktivacije kosina nalazi u stanju marginalne stabilnosti. Iako komponenta posmične čvrstoće povezana s matričnom sukcijom u trenutku sloma nema utjecaja na stabilnost kosine, utvrđeno je kako upravo nesaturirana zona geotehničkog presjeka, sa svojim specifičnim hidrauličkim značajkama, odgađa gubitak stabilnosti kosine pri ekstremnim oborinama. U tom smislu, smanjena hidraulička propusnost i retencijski kapacitet nestaturirane zone s negativnim pornim pritiscima, faktori su koji usporavaju porast pornih pritisaka duž klizne plohe i osiguravaju stabilnost kosine tijekom dugotrajnih oborina. |
