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Unsaturated Flow Processes and the Onset of Seasonal Deformation in Slow‐Moving Landslides
Journal of Geophysical Research: Earth Surface ( IF 3.5 ) Pub Date : 2021-04-07 , DOI: 10.1029/2020jf005758
N. J. Finnegan 1 , J. P. Perkins 2 , A. L. Nereson 3 , A. L. Handwerger 4, 5
Affiliation  

Predicting rainfall‐induced landslide motion is challenging because shallow groundwater flow is extremely sensitive to the preexisting moisture content in the ground. Here, we use groundwater hydrology theory and numerical modeling combined with five years of field monitoring to illustrate how unsaturated groundwater flow processes modulate the seasonal pore water pressure rise and therefore the onset of motion for slow‐moving landslides. The onset of landslide motion at Oak Ridge earthflow in California’s Diablo Range occurs after an abrupt water table rise to near the landslide surface 52–129 days after seasonal rainfall commences. Model results and theory suggest that this abrupt rise occurs from the advection of a nearly saturated wetting front, which marks the leading edge of the integrated downward flux of seasonal rainfall, to the water table. Prior to this abrupt rise, we observe little measured pore water pressure response within the landslide due to rainfall. However, once the wetting front reaches the water table, we observe nearly instantaneous pore water pressure transmission within the landslide body that is accompanied by landslide acceleration. We cast the timescale to reach a critical pore water pressure threshold using a simple mass balance model that considers variable moisture storage with depth and explains the onset of seasonal landslide motion with a rainfall intensity‐duration threshold. Our model shows that the seasonal response time of slow‐moving landslides is controlled by the dry season vadose zone depth rather than the total landslide thickness.

中文翻译:

慢速滑坡的非饱和渗流过程和季节形变的开始

预测降雨引起的滑坡运动具有挑战性,因为浅层地下水流对地下已有的水分非常敏感。在这里,我们使用地下水水文学理论和数值模型,再结合五年的现场监测,来说明非饱和地下水流过程如何调节季节性孔隙水压力上升,从而调节缓慢移动的滑坡的运动。在季节性降雨开始后52-129天,地下水位突然上升到滑坡表面附近之后,在加利福尼亚的Diablo山脉的Oak Ridge土流处发生了滑坡运动。模型结果和理论表明,这种突然上升的发生是由于接近饱和的湿润锋对流,这标志着季节性降雨的整体下行通量的前沿,到地下水位。在这种突然上升之前,我们观察到由于降雨而在滑坡中测得的孔隙水压力响应很小。但是,一旦润湿前沿到达地下水位,我们就会在滑坡体内观察到几乎瞬时的孔隙水压力传递,并伴随着滑坡加速。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。我们观察到由于降雨而在滑坡中测得的孔隙水压力响应很小。但是,一旦润湿前沿到达地下水位,我们就会在滑坡体内观察到几乎瞬时的孔隙水压力传递,并伴随着滑坡加速。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。我们观察到由于降雨而在滑坡中测得的孔隙水压力响应很小。但是,一旦润湿前沿到达地下水位,我们就会在滑坡体内观察到几乎瞬时的孔隙水压力传递,并伴随着滑坡加速。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。我们观察到滑坡体内几乎瞬时的孔隙水压力传递伴随着滑坡加速。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。我们观察到滑坡体内几乎瞬时的孔隙水压力传递伴随着滑坡加速。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。我们使用简单的质量平衡模型将时间尺度转换为达到临界孔隙水压力阈值,该模型考虑了随深度变化的水分存储量,并使用降雨强度-持续时间阈值解释了季节性滑坡运动的开始。我们的模型表明,缓慢移动的滑坡的季节响应时间受旱季渗流带深度的控制,而不是总滑坡厚度的控制。
更新日期:2021-05-06
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