Original Insights Into Rock Slope Damage Processes Until Collapse From Passive Seismic Monitoring

Auteurs : P. Bottelin (ISTerre, SAGE Ing{é}nierie), L. Baillet (ISTerre)

Geophysical Research Letters, 2024, 51 (13)
arXiv: 2611.02863v1 (physics.geo-ph)
Soumis à arXiv le 02 Nov. 2026
Licence : non indiquée (tous droits réservés)
Résumé scientifique

We conducted passive seismic monitoring of the unstable La Praz rock slope (approximately 14,000 m${}^3$) in the French Alps over a period of more than 10 years. During the six months preceding collapse, we observed a pronounced 24% decrease in the slope's fundamental resonance frequency ((f\_0)), indicating a reduction in the overall stiffness of the rock mass. Joint analysis of (f\_0) variations and slope deformation revealed alternating phases dominated by sudden brittle damage and more ductile behavior, potentially involving sliding. Seismic monitoring identified damage processes that were either ambiguous or undetectable through surface deformation measurements alone, while also highlighting critical periods of intensified damage. Although some of these periods coincided with identifiable external triggers, such as intense rainfall events, others could not be clearly linked to external forcing. These findings demonstrate the potential of passive seismic monitoring to provide insights into the internal structural condition of unstable rock slopes at depth. Combining surface deformation measurements with seismic tracking of rock mass stiffness could therefore improve the identification and characterization of active slopes undergoing progressive damage, contributing to the development of more effective slope monitoring systems.

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Les articles les plus proches

  1. Très proche Autre approche du problème Cité par cet article
    Monitoring the Preonzo Rock Slope Instability Using Resonance Mode Analysis
    M. Häusler, C. Michel, J. Burjánek et al. · 2021 · Journal of Geophysical Research - Earth Surface · cité 29 fois · Pas encore résumé

    L’étude de Preonzo analyse les modes de résonance d’un versant instable, tandis que ce papier suit l’évolution des dommages jusqu’à l’effondrement à La Praz.

    Résumé scientifique

    Reliable monitoring of unstable rock slopes is a prerequisite for successful mitigation of landslide hazards. However, most state‐of‐the art techniques rely on measuring the local surface displacement in the potential release area. In contrast, recording ambient vibration data allows for analyzing structural dynamic parameters of the unstable slope, such as resonance frequency, polarization of vibration, and energy dissipation. These parameters can be linked to properties of the instability, for example, to rock stiffness and fracture network orientation. We developed a processing method for continuous seismic data based on enhanced frequency domain decomposition modal analysis and applied i…

  2. Très proche Autre approche du problème Cité par cet article
    Combined ambient vibration and surface displacement measurements for improved progressive failure monitoring at a toppling rock slab in Utah, USA
    E. Jensen, J. Moore, Paul R. Geimer et al. · 2024 · Frontiers in Earth Science · cité 6 fois · Pas encore résumé

    L’étude de Courthouse combine résonance ambiante et ouverture des fissures pour suivre la rupture progressive, comme le suivi conjoint de la résonance et des déformations à La Praz.

    Résumé scientifique

    Seismic resonance and surface displacement measurements can be implemented in tandem to improve landslide characterization and progressive failure monitoring. Crack aperture data are frequently used in rock slope stability monitoring and often exhibit recognizable trends prior to failure, such as accelerated crack opening. Alternatively, ambient resonance data offer multiple parameters including modal frequencies, damping, and polarization that can be monitored alongside crack aperture and may respond differently to environmental forcings and complex failure evolution. We analyzed data from continuous ambient vibration monitoring and concomitant crack aperture measurements at the Courthouse …

  3. Très proche Article de revue Cité par cet article Utilisé en profondeur par cet article
    Seismic Noise Parameters as Indicators of Reversible Modifications in Slope Stability: A Review
    C. Colombero, D. Jongmans, Sylvain Fiolleau et al. · 2021 · Surveys in geophysics · cité 50 fois · Pas encore résumé

    Cette revue synthétise les variations sismiques réversibles et irréversibles observées sur des sites instables, dont les baisses de fréquence liées à la rupture.

    Résumé scientifique

    Continuous ambient seismic monitoring of potentially unstable sites is increasingly attracting the attention of researchers for precursor recognition and early warning purposes. Twelve cases of long-term continuous noise monitoring have been reported in the literature between 2012 and 2020. Only in a few cases rupture was achieved and irreversible drops in resonance frequency values or shear wave velocity extracted from noise recordings were documented. On the other hand, all monitored sites showed clear reversible fluctuations of the seismic parameters on a daily and seasonal scale due to changes in external weather conditions (air temperature and precipitation). A quantitative comparison o…

  4. Très proche Contexte plus large Cité par cet article
    Patterns of precursory rockfall prior to slope failure
    N. Rosser, M. Lim, D. Petley et al. · 2007 · Journal of Geophysical Research · cité 212 fois · Pas encore résumé

    L’étude repère les séquences de chutes de pierres avant la rupture par balayage laser, plutôt que les dommages internes par suivi sismique.

    Résumé scientifique

    In this paper we examine data generated using high-resolution three-dimensional laser scanning monitoring of coastal rock cliffs. These data are used to identify spatial and temporal patterns in rockfall activity behavior prior to slope failure. Analysis of the data suggests that given sufficient measurement precision precursory behavior, here manifest as the rate of rockfall activity prior to failure, can be detected, measured, and monitored. Environmental conditions appear to have a diminishing influence on the occurrence of increasingly large slope failures. The monitoring data implies a time-dependent sequence in the occurrence of smaller rockfalls in the period leading to the largest fa…

  5. Très proche Même question Cité par cet article Utilisé en profondeur par cet article
    Coevolution of Rock Slope Instability Damage and Resonance Frequencies From Distinct‐Element Modeling
    E. Jensen, J. Moore · 2023 · Journal of Geophysical Research - Earth Surface · cité 10 fois · Pas encore résumé

    La modélisation par éléments distincts étudie l’évolution des fréquences de résonance sous différents mécanismes de déstabilisation, question centrale du suivi de La Praz.

    Résumé scientifique

    Ambient vibration measurements can detect resonance frequency changes related to rock slope instability damage or boundary condition changes during progressive failure. However, the impact of slope kinematics on resonance changes and the expected form and sensitivity of frequency evolution during destabilization require clarification to improve the implementation of this technique across diverse settings. Since instrumented rock slope failures are rare, numerical modeling is needed to study the anticipated spectral response from in situ monitoring. We used 2D distinct‐element modeling to evaluate the sensitivity and evolution of rock slope resonance behavior for slab toppling, flexural toppl…

  6. Très proche Même méthode, autre problème Cité par cet article Utilisé en profondeur par cet article
    Changes in resonance frequency of rock columns due to thermoelastic effects on a daily scale: observations, modelling and insights to improve monitoring systems
    A. Guillemot, L. Baillet, É. Larose et al. · 2022 · Geophysical Journal International · cité 15 fois · Pas encore résumé

    L’étude suit les fréquences de résonance de colonnes rocheuses par sismique ambiante, mais examine leurs fluctuations thermoélastiques quotidiennes.

    Résumé scientifique

    Slope instabilities, including prone-to-fall rock columns, are known to exhibit clear vibrational modes. The resonance frequencies of these modes can be tracked by seismic instrumentation, allowing the rock column's mechanical and structural properties to be monitored, as well as providing precursors of imminent irreversible failures. In previous studies, superficial thermoelastic effects were assumed to drive daily fluctuations in resonance frequencies, but no qualitative or quantitative evidence was provided. The results presented here corroborate this hypothesis and quantify the physical processes involved. We interpreted daily variations of resonance frequencies in the Les Arches study s…

  7. Proche Autre approche du problème Cité par cet article
    Towards rockfall forecasting through observing deformations and listening to microseismic emissions
    D. Arosio, L. Longoni, M. Papini et al. · 2009 · Natural Hazards and Earth System Sciences · cité 76 fois · Pas encore résumé

    L’étude associe déformations et émissions microsismiques pour prévoir les chutes de pierres, alors que La Praz exploite surtout la résonance du versant.

    Résumé scientifique

    Abstract. Reliable forecasting of rockfall is a challenging task, mainly because of the lack of clearly noticeable forerunners as well as due to the geological and geo-mechanical complexity of the rock movements involved. Conventional investigation devices still present some drawbacks, since most measurements are generally carried out at isolated locations as well as on the surface only. Novel remote-sensing monitoring instruments, such as Terrestrial Laser Scanning (TLS) and Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radars (GB-InSAR), are capable of inspecting an unstable slope with a high spatial and temporal frequency. But they still rely on measurements of the failure surface, from…

  8. Proche Même méthode, autre problème Cité par cet article
    Structural Characterization of a Toppling Rock Slab From Array‐Based Ambient Vibration Measurements and Numerical Modal Analysis
    E. Bessette-Kirton, J. Moore, Paul R. Geimer et al. · 2022 · Journal of Geophysical Research - Earth Surface · cité 10 fois · Pas encore résumé

    L’étude combine analyse modale des vibrations ambiantes et modélisation numérique pour caractériser en profondeur une dalle instable, sans suivre son effondrement.

    Résumé scientifique

    Accurate assessments of the internal structure and boundary conditions of unstable rock slopes are imperative for evaluating landslide hazard scenarios. However, instability characterization at depth remains challenging and is often limited by costly or invasive subsurface investigations. Here, we develop a new approach coupling array‐based ambient vibration modal analysis and numerical modeling to improve structural characterization of rock slope instabilities at depth. We used ambient noise cross‐correlation on 4 hr of seismic data recorded by an array of 30 nodal geophones at a 500‐m‐long toppling rock slab in Utah, USA to identify modal frequencies between 0.8 and 3.5 Hz and derive modal…

Les travaux antérieurs sur lesquels il s’appuie

  1. Proche Même méthode, autre problème Utilisé en profondeur par cet article
    Meteorological Controls on Reversible Resonance Changes in Natural Rock Arches
    Paul R. Geimer, R. Finnegan, J. Moore · 2022 · Journal of Geophysical Research - Earth Surface · cité 17 fois · Pas encore résumé

    L’étude relie les variations de résonance des arches rocheuses aux conditions météorologiques, tandis que La Praz examine aussi les changements associés aux dommages irréversibles.

    Résumé scientifique

    Continuous ambient seismic monitoring is becoming common for structural health assessment of geologic features. However, the ability to detect or predict permanent mechanical change associated with damage requires detailed understanding of reversible drifts in resonance attributes associated with changing meteorological conditions. Here, we analyze the response of 17 sandstone rock arches to changing meteorological conditions during extended vibration‐based monitoring, with a focus on 1 arch in Utah which was continuously monitored for 15 months. Our results show that variations in resonance are correlated with temperature on daily and yearly time scales, but that the temperature sensitivity…

  2. Proche Contexte plus large Utilisé en profondeur par cet article
    A nonlinear model coupling rockfall and rainfall intensity based \newline on a four year measurement in a high Alpine rock wall (Reintal, German Alps)
    M. Krautblatter, M. Moser · 2009 · Natural Hazards and Earth System Sciences · cité 88 fois · Pas encore résumé

    L’étude mesure les chutes de pierres et leur lien avec l’intensité des pluies, un déclencheur externe également considéré dans le suivi de La Praz.

    Résumé scientifique

    Abstract. A total of more than 140 000 kg of small-magnitude rockfall deposits was measured in eight rockfall collectors of altogether 940 m2 in size between 1999–2003 below a 400–600 m high rock face in the Reintal, German Alps. Measurements were conducted with a temporal resolution up to single days to attribute rockfall intensity to observed triggering events. Precipitation was assessed by a rain gauge and high-resolution precipitation radar. Intense rainstorms triggered previously unreported rockfall intensities of up to 300 000 g/(m2h) that we term "secondary rockfall event." In comparison to dry periods without frost (10−2g/(m2h)), rockfall deposition increased by 2–218 times during we…

  3. Proche* Même question
    A comparative study on seismic response of two unstable rock slopes within same tectonic setting but different activity level
    U. Kleinbrod, J. Burjánek, M. Hugentobler et al. · 2017 · Geophysical Journal International · cité 20 fois · Pas encore résumé

    L’étude compare la réponse sismique de deux versants rocheux instables, tandis que ce papier suit la réponse d’un versant jusqu’à son effondrement.

  4. Proche* Contexte plus large Utilisé en profondeur par cet article
    Thermomechanical forcing of deep rock slope deformation: 2. The Randa rock slope instability
    V. Gischig, J. Moore, K. Evans et al. · 2011 · Journal of Geophysical Research · cité 110 fois · Pas encore résumé

    L’étude porte sur la déformation profonde de l’instabilité de Randa sous forçage thermomécanique, un contexte de dommages de versant rocheux.

  5. Proche* Même méthode, autre problème Utilisé en profondeur par cet article
    Dynamic response of the Chamousset rock column (Western Alps, France)
    C. Lévy, L. Baillet, D. Jongmans et al. · 2010 · Journal of Geophysical Research · cité 120 fois · Pas encore résumé

    L’étude caractérise la réponse dynamique d’une colonne rocheuse alpine, comme le suivi sismique de la résonance d’un versant instable à La Praz.

Les articles qui le citent

  1. Proche Prolonge cet article
    Reconstructing subsurface fracture geometries in rock slope instabilities through ambient vibration-based numerical modelling inversion
    G. Grechi, J. Moore, S. D'Amico et al. · 2026 · Scientific Reports · cité 1 fois · Pas encore résumé

    Cette étude reprend l’analyse modale des vibrations ambiantes et la modélisation pour inverser la géométrie des fractures, en citant le suivi de La Praz.

    Résumé scientifique

    Detailed engineering-geological models are crucial for assessing landslide hazards, yet their reliability is limited when poorly defined fracture networks control slope failure mechanisms. Traditional surveying techniques often fail to accurately constrain fracture extents, resulting in oversimplified and uncertain boundary conditions. We address these limitations by integrating array-based ambient vibration modal analysis with numerical modelling to invert for the subsurface geometry of fracture-controlled rock slope instabilities. We applied our approach at two case studies exhibiting similar toppling failure mechanisms. Linear seismic arrays were deployed to record ambient vibrations and …

  2. Proche Contexte plus large
    On the use of seismic noise studies for landslide rock block hazard assessment
    P. Bottelin, L. Baillet, E. Larose · 2026 · Communications Earth & Environment · cité 1 fois · Pas encore résumé

    Cette étude traite de l’usage du bruit sismique pour évaluer le danger posé par des blocs rocheux, thème voisin du suivi sismique des versants instables.

    Résumé scientifique

    As emphasized by Pazzi et al. 1

  3. Apparenté* Contexte plus large
    Cultural activity and impact of extreme weather events revealed by ambient seismic noise and perspective on quick clay failure monitoring in Oslo, Norway
    Charlotte Bruland, A. Dichiarante, A. Köhler et al. · 2025 · Engineering Geology · cité 6 fois · Pas encore résumé

    Cette étude utilise le bruit sismique ambiant pour examiner des événements météorologiques extrêmes et envisage le suivi d’une rupture d’argile sensible.

  4. Apparenté* Contexte plus large
    The influence of bedding plane distribution characteristics on damage evolution and load-bearing performance of rock bolting systems under stress
    Zhi-Qiang Zhao, Pan-Dong Zhang, Zilong Hui et al. · 2026 · Engineering Failure Analysis · cité 4 fois · Pas encore résumé

    Cette étude modélise l’effet de la distribution des plans de litage sur les dommages et la capacité portante de systèmes de boulonnage rocheux.

  5. Apparenté* Autre approche du problème
    High-precision 3D seismic event (SE) location method for slopes incorporating complex strata and topographic effects: A case study of creeping slopes in the Hengduan Mountains, Eastern Tibet
    Ming Wei, Jinlai Zhu, Zhen Guo et al. · 2026 · Engineering Geology · cité 3 fois · Pas encore résumé

    Cette étude localise des événements sismiques dans des versants rampants en tenant compte de la topographie et des strates, contrairement au suivi de résonance à La Praz.

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Mis à jour le 9 novembre 2026.