STUDIO DEI VERSANTI ROCCIOSI INSTABILI: ANALISI DI STABILITA', PROPAGAZIONE DEI VOLUMI ROCCIOSI E SBARRAMENTO DEL FONDOVALLE

In this research project, the results of a cascading risk (or multi-risk) analysis induced by the possible collapse of a natural rock slope located at the Passo della Morte site (Tagliamento River valley, Province of Udine, Friuli Venezia Giulia Region) are presented. The detailed geomechanical survey has provided a large bulk of field data proving that the investigated limestone slope is characterized by strong rock mass damage, thus resulting in a critical stability condition. Field evidence includes: (1) local faults crossing the rock mass and representing internal sliding surfaces; (2) slickensides and fault slips within the rock mass; (3) fracture joints of gravity-induced origin; (4) strong rock mass damage in over-stressed zones of the slope; and (5) slope monitoring data recorded by some installed devices. Three failure scenarios have been identified: a wedge failure involving a limestone block of 110,000 m3 (failure scenario 1: BLOCK1); a larger wedge failure involving an assembled limestone block of 200,000 m3 (failure scenario 2: BLOCK1-2-3); and a retrogressive failure involving a rear dolomitic block possibly triggered by the collapse of the limestone slope, mobilizing a maximum volume of 335,000 m3 (failure scenario 3: DOLOMITIC BLOCK). A numerical modelling (2D and 3D) has been carried out employing the Finite Difference Method (FDM) in order to investigate the mechanical behaviour and internal rock mass damage of the unstable slope before the collapse. The numerical simulations testify that the stability condition of the slope is close to the limit equilibrium (strength reduction factor SRF = 1.03–1.13), as demonstrated by the considerable rock mass damage observed on the field. The overall mechanical behaviour of the slope is mainly governed by the kinematic conditions of the secondary internal blocks, which in turn, depend on the geometry and mechanical properties of the major discontinuities that delimit the adjacent blocks. Slope failure is achieved through internal rock mass damage represented by internal shear and tensile ruptures localized in correspondence with over-stressed zones. The failure mechanism is characterized by sliding along pre-existing discontinuities and inner damage in the form of the enucleation of shear bands that originate internal secondary failure surfaces and/or damaged rock mass zones. The stress–strain modelling predicts intense slope deformations in zones where rock mass damage actually occurred. This paper emphasizes the decisive connection between the geomechanical field survey and numerical modelling. The comparison of surface geological data acquired on the field with the mechanical indicators obtained from the numerical analyses can significantly improve knowledge of the rock mass damage process that involves unstable slopes approaching failure condition. The runout simulations of the failed blocks, which have been performed through a numerical modelling employing the Distinct Element Method (DEM), demonstrate that the possible collapse of the unstable slope would generate a landslide dam at the valley floor with the subsequent formation of a lake at the back. For the three hypothesised failure scenarios, the landslide dam height would range between 0 m and 13 m. The stability analysis of the potential landslide dam revealed on geomorphological bases that the dam would be unstable. A 2DH hydraulic numerical modelling based on the Finite Volume Method (FVM) has been carried out in order to simulate the propagation of an impulsive wave triggered by the collapse of the potential landslide dam (dam break analysis). The hydrodynamic simulations show possible threats at some locations placed along the investigated stretch of the Tagliamento River valley. On the basis of the potential losses, five areas subjected to hydrogeological risk have been identified.

Nel presente lavoro di ricerca, vengono presentati i risultati di un’analisi di rischio a cascata (o multi-rischio) indotto dal possibile collasso di un versante roccioso naturale situato in località Passo della Morte (valle del F. Tagliamento, Provincia di Udine, Regione Friuli Venezia Giulia). I rilievi di campagna hanno fornito una grande quantità di dati che provano che lo sperone calcareo investigato è caratterizzato da un notevole danneggiamento dell’ammasso roccioso, risultando in una condizione di stabilità critica. Le evidenze geomeccaniche includono: (1) faglie locali che attraversano l’ammasso roccioso e rappresentano superfici di scivolamento interno; (2) superfici striate e rigetti di faglia all’interno dell’ammasso roccioso; (3) fratture di origine gravitativa; (4) forte danneggiamento dell’ammasso roccioso in zone sovra-stressate del versante; e (5) dati di monitoraggio registrati da dispositivi installati sul versante. Sono stati identificati tre scenari di rottura del versante: (1) una rottura a cuneo che coinvolge un blocco di 110000 m3 (Scenario di rottura 1: BLOCCO1); (2) una rottura a cuneo più grande e profonda che coinvolge un multi-blocco calcareo di 200000 m3 (scenario di rottura 2: BLOCCO1-2-3); e (3) una rottura retrogressiva che coinvolge un blocco dolomitico a tergo che potrebbe essere innescata dal collasso del versante calcareo, mobilizzando un volume massimo di 335000 m3 (scenario di rottura 3: BLOCCO DOLOMITICO). È stata condotta una modellazione numerica (2D e 3D) con il metodo delle differenze finite (FDM) per investigare il comportamento meccanico e il danneggiamento interno del versante instabile prima del collasso. Le simulazioni numeriche dimostrano che la condizione di stabilità del versante è prossima alla condizione di equilibrio limite (strength reduction factor SRF = 1.03–1.13), come dimostrato dal considerevole danneggiamento dell’ammasso roccioso riconosciuto in sito. Il comportamento globale del versante è principalmente governato dalle condizioni cinematiche dei blocchi interni secondari che, a loro volta, dipendono dalla geometria e dalle proprietà meccaniche delle grandi discontinuità che delimitano i blocchi adiacenti. Il meccanismo di rottura è caratterizzato da scivolamento lungo le discontinuità pre-esistenti e danneggiamento interno nella forma di enucleazione di bande di taglio che originano superfici di rottura secondarie e/o zone di danneggiamento dell’ammasso roccioso. Il confronto tra le evidenze geomeccaniche acquisite in sito e gli indicatori meccanici ottenuti dalle simulazioni numeriche può accrescere significativamente la conoscenza dei processi di danneggiamento dell’ammasso roccioso che coinvolgono versanti rocciosi che si avvicinano alla condizione di collasso. Le analisi di propagazione del materiale di crollo, condotte con una modellazione numerica 3D col Metodo degli Elementi Distinti (DEM), hanno dimostrato che un eventuale collasso del versante instabile può generare uno sbarramento nel fondovalle con relativa formazione di un lago a tergo. Per i tre scenari di crollo ipotizzati, l’altezza dello sbarramento di frana è compresa tra 0 m e 13 m. La valutazione della stabilità del potenziale sbarramento di frana ha evidenziato, su base geomorfologica, che la diga di frana sarebbe soggetta a possibile collasso. È stata condotta una modellazione numerica 2DH col Metodo dei Volumi Finiti (FVM) per simulare la propagazione di un’onda di piena innescata dalla rottura del potenziale sbarramento di frana. Le simulazioni idrodinamiche hanno evidenziato dei possibili effetti negativi in alcuni punti situati lungo il tratto d’asta analizzato del F. Tagliamento. Sulla base degli elementi esposti, sono state individuate cinque aree soggette a rischio idrogeologico.