Hybrid finite-/discrete-element modelling of progressive failure in massive rock slopes

ABSTRACT: Although individually both continuum and discontinuum numerical analyses provide useful means to analyze rock slope stability problems, complex failures typically involve mechanisms related to both existing discontinuities (i.e. discontinuum) and deformation and brittle fracture of intact rock (i.e. continuum). One such example is the 1991 Randa rockslide in the southwestern Swiss Alps, where failure involved several complex mechanisms, which require the consideration of progressive failure and rock mass strength degradation. This paper presents results from a series of hybrid finite-/discrete-element models directed towards the explicit modelling of brittle fracturing in natural rock slopes, enabling the modelling of progressive failure, from initiation, through to the development of catastrophic failure, transport and deposition. RÉSUMÉ: Si les modélisations numériques de type continu ou discontinu fournissent des outils utiles pour l’analyse de problèmes de stabilité de pentes rocheuses, elles montrent de sérieuses limitations lorsque des mécanismes de rupture complexes impliquent des processus liés autant aux discontinuités préexistantes qu’au développement progressif de nouvelles fractures. Ceci se retrouve typiquement dans l’exemple de l’éboulement de 1991 à Randa dans les Alpes suisses du sud-ouest, où la rupture a impliqué plusieurs mécanismes complexes nécessitant la prise en considération de la fracturation progressive ainsi que de la dégradation de la résistance des masses rocheuses. Cet article présente des résultats provisoires d'une série de modèles hybrides orientés vers la modélisation explicite de la fracturation de pentes naturelles, permettant la modélisation de fractures progressive de leur initiation jusqu’à leur développement, leur rupture catastrophique, leur transport et leur déposition. ZUSAMMENFASSUNG: Obwohl numerische Kontinuum- und Diskontinuum-Berechnungen einzeln nützliche Ergebnisse zur Stabilitätsanalyse von Felshängen liefern, sind komplexe Felsrutschungen typischerweise mit Mechanismen verbunden, die sowohl durch bestehende Trennflächen (s.a. Diskontinuum-Ansatz) als auch durch die Deformation und das Versagen intakter Felsbereiche (s.a. Kontinuum-Ansatz) bedingt werden. Ein Beispiel für einen solchen Sachverhalt ist der Bergsturz von Randa 1991 im südwestlichen Teil der Schweizer Alpen, bei dem die Rutschung mehrere komplexe Mechanismen umfasste, so dass “progressive failure” und Verminderung der Gebirgsfestigkeit in Betracht gezogen werden müssen. Dieser Artikel beschreibt vorläufige Ergebnisse einer Reihe von hybriden Modellrechnungen (Finite-/Diskrete-Elemente). Diese haben zum Ziel, explizit das bruchhafte Versagen natürlicher Felshänge zu modellieren, wobei das progressives Versagen im ganzen modelliert wird, von der Anfangsphase über die Entwicklung zum katastrophalen Versagen und den Transport und die Ablagerung der Rutschmassen.