Numerical modeling of slope instability inte Cuitzeo, Michoacan-region

Abstract

The study of any mass movements (e.g. landslides, avalanches, debris flows, rock falls) has been a very important task for engineers, geologist and constructors since the construction of roads, dams, tunnels and open pit mines require always a slope stability analysis. The study of mass movements includes the analysis of several environment parameters and involves different science disciplines. Geomorphology, geology, climatic conditions, tectonic and the physical-mechanical characteristics of rock may be catalogued as the most important. In other words, the environment conditions (e.g. seismicity, precipitation, weathering), the temporal location of rock units and the rock genesis affect directly the geomechanical behavior of rock masses. The southern shore of the Cuitzeo Lake is a perfect scenario were poor geomechanical characteristics of rock masses and an active extension regime has been affected the stability of slopes (e.g. normal E-W faults). A numerical simulation of an old slide that covers 2.0 km2 and 300 m height was accomplished with the objective of understood the geomechanical behavior of rock masses that are generating instabilities in the zone as well as the main trigger factors. The study zone is mainly composed by poor welded ignimbrites and andesitic-lavas with hydrothermal alteration and the zone is mainly affected by at least three fault system. Conceptual model was accomplished based on a reconstruction of the stratigraphy in fieldwork. GSI and Generalized Hoek and Brown criterion were used for the determination of the mechanical parameters of the rock mass (?; c). Finally, a numerical simulation (Plaxis 2D and GeoSlope) under four different scenarios (static, dynamic, precipitation and dynamic + precipitation) were implemented in order to determine the factor of safety and the maximum displacements for each scenario.

En el estudio de los procesos de inestabilidad de taludes y laderas en macizos rocosos intervienen una gran cantidad de parámetros del entorno que deben ser considerados. La geomorfología, la geología, el clima y la tectónica (local y regional) de la zona de estudio son algunos de los más importantes. Por otro lado, las características propias de los macizos rocosos juegan un papel de igual o mayor importancia que las características del entorno. El comportamiento geomecánico de las mazas rocosas que componen una ladera se ve afectado por distintos factores, como la génesis de la roca, la ubicación espacio-temporal de las distintas unidades de roca y en gran parte por las propiedades geomecánicas de las discontinuidades y la roca intacta. La región sur del lago de Cuitzeo es un claro ejemplo de procesos de inestabilidad generados por un comportamiento geomecánico pobre en las unidades de roca, así como una tectónica local activa en un régimen de extensión que ha generado serie de fallas normales. La zona está principalmente compuesta por depósitos ignimbríticos y flujos de lava. En esta investigación se realizó un modelo numérico de un deslizamiento antiguo que cubre un área de aproximadamente 2.0 km2 y 200 m de altura, con el objetivo de entender el comportamiento geomecánico de las mazas rocosas que está generando las inestabilidades en la zona. Mediante trabajo de campo se reconstruyó la estratigrafía de la zona antes del deslizamiento y se utilizó el sistema GSI para caracterizar la calidad de los macizos rocosos y el criterio de rotura Generalizado de Hoek and Brown para obtener los parámetros característicos del macizo rocoso (?; c) que fueron utilizados en la modelación numérica con Plaxis 2D and GeoSlope.