Structural analysis and identification of massive rockslides by using geomodelling and immersive visualization tools

Abstract

En raison de l’instabilité de leurs versants, les régions montagneuses sont le siège de nombreux glissements rocheux. L’orientation des discontinuités structurales telles que les plans de stratification, les joints et fractures au sein de ces masses rocheuses joue un rôle majeur dans la stabilité des pentes rocheuses. C’est pourquoi l’identification des structures inhérentes à la masse rocheuse est essentielle pour comprendre l’évolution du glissement et ses mécanismes de rupture. Ce mémoire s’intéresse à l’analyse des structures géologiques de grands glissements rocheux afin de déterminer les facteurs qui ont conduit au processus de rupture. Trois cas de glissements situés en haute montagne sont analysés. Deux de ces glissements (Karasuu et Kyzyl-Oi) sont situés dans le Tien Shan kirghize tandis que le dernier site, situé à Daofu, se trouve au bord est du Plateau Tibétain. Ces deux régions montagneuses font partie des régions les plus actives sismiquement et sont fortement sujettes aux risques naturels, étant toutes deux contrôlées par des failles décrochantes majeures. Le glissement de Karasuu prend place le long de la faille de Talas-Fergana et s’est effondré dans la vallée de la Karasuu River il y a probablement plus de 1500 ans. Cet effondrement estimé à 250 millions de mètres cubes a bloqué la vallée et crée un lac du même nom. Les glissements identifiés à Daofu sont situés dans une zone qui a été affectée par plusieurs grands tremblement de terre dont les dommages ont été observés dans la ville de Daofu. La faille de Xianshuihe traverse la vallée, passant au bas de la pente responsable des glissements de terrain. Le troisième et dernier site analysé est situé dans la dépression de Kyzyl-Oi et se caractérise par un basculement de blocs rocheux qui pourraient s’effondrer soudainement. Afin d’obtenir des analyses détaillées de ces glissements, cette étude combine différentes approches complémentaires : relevés de terrain, réalité virtuelle et analyse sur Leapfrog. Les résultats de l’analyse du glissement de Karasuu révèlent la présence d’une discontinuité majeure dont le pendage s’oppose à celui de la pente. Cette observation suggère que des facteurs extérieurs tels que des secousses sismiques ont été nécessaires à la rupture. L’analyse effectuée sur les données de Daofu raconte une histoire complexe avec la présence d’escarpements anciens, cicatrices de glissements rocheux qui ont vraisemblablement affecté la stabilité de la pente et entrainé l’effondrement de nouveaux glissements. La dernière analyse concernant le site de Kyzyl-Oi permet de démontrer que la direction du pendage est opposée à celle de la pente. Ce travail met également l’accent sur l’usage de la VR comme outil d’analyse structurale, mettant en avant ces avantages et limitations. De manière générale, la VR s’avère être un outil précieux pour l’analyse d’escarpements inaccessibles sur le terrain.

With their unstable slopes, mountainous regions are home to numerous massive rockslides. The orientation of structural discontinuities such as bedding planes, joints and fractures within those rock masses plays a key role in controlling the stability of the slope. This is why identifying pre-existing structures in large rockslides is essential to understand slope evolution and failure mechanisms. This master thesis focuses on the analysis of geological structures in massive rockslides to determinate the factors governing failure processes. Three case studies located in mountainous areas are investigated. The Karasuu rockslide and Kyzyl-Oi site are located in the Kyrgyz Tien Shan while the Daofu rockslides take place at the eastern margin of the Tibetan Plateau. These two regions are seismically active mountainous areas highly prone to natural hazards and controlled by major strike-slip faults that have reshaped landscapes over the years. The Karasuu rockslide sits along the Talas-Fergana Fault and collapsed probably over 1500 years ago in the Karasuu River Valley. This massive failure of 250 million m³ dammed the Karasuu River and created a lake of the same name. The Daofu rockslides are located in a zone affected by multiple great earthquakes that have caused damage in the village. The active Xianshuihe Fault crosses the valley at the toe of the slope that produced the rockslides. The last investigated site is located in the Kyzyl-Oi intermountain depression and is characterized by toppling movement that could rupture rapidly. To provide a detailed structural analysis of these rockslides, this study combines three complementary approaches: field measurements, immersive virtual reality analysis and Leapfrog geomodelling. The stereonets associated with the different methods were analyzed and compared to assess the reliability of each method. The results reveal that the Karasuu rockslide is controlled by an anti-dip slope discontinuity, suggesting that external factors such as seismic triggers were necessary for the slope to rupture. The analysis of the Daofu site reveals a complex history with older rockslides that probably contributed to changes in the stability of the slope, facilitating more recent reactivations. Finally, the Kyzyl-Oi analysis demonstrates the toppling movement and anti-dip structure of the slope. In addition to the structural analysis, this study highlights the advantages and limits of immersive VR as a research tool. Virtual Reality proves to be a valuable tool for the structural analysis of inaccessible slope failures.