Beurteilungsverfahren zur Ermittlung der Standsicherheit von Felsböschungen am Beispiel des Felssturzes Vals – ein Methodenvergleich

Autor: Ebetshuber, Patrick
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2023
Předmět:
DOI: 10.34726/hss.2023.112163
Popis: Um die Gefahren von Felsböschungen angemessen einschätzen zu können, ist es wichtig die Standsicherheit korrekt zu bewerten. Die dazu erforderlichen Analysen sind ein wesentlicher Aspekt für die Gewährleistung der Sicherheit von Infrastruktur, die auf oder in der Nähe solcher Böschungen errichtet wird. Das grundsätzliche Ziel dieser Arbeit bestand darin, die empirischen Böschungsbeurteilungsverfahren mit jenen der numerischen Standsicherheitsverfahren zu vergleichen. Dazu hat sich der Felssturz Vals, aufgrund umfangreicher Daten sowie der vorhandenen Rückrechnung mittels DEM und FDM angeboten. Die empirischen Beurteilungsverfahren, darunter fallen das Slope Mass Rating (SMR), für welches der Basis Wert des Rock Mass Rating (RMRb) ermittelt werden muss, die Q-Slope Methode und das Beobach-tungsverfahren der Ingenieurgeologischen Klassifizierung, wurden in dieser Arbeit ausgewer-tet.Im Rahmen dieser Arbeit werden die inhaltlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen und deren Anforderungen an die Standsicherheitsbeurteilung, der großen Auftraggeber in Österreich, darunter fallen die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), die ASFiNAG und das Amt für Wildbach und Lawinenverbauung, analysiert und die gängigen Beurteilungsverfahren beschrieben. Grundlage jeder Standsicherheitsbeurteilung ist die Kenntnis des vorherrschenden Versagensmechanismus. Dazu wurden die gängigen Klassifizierungssysteme von Felsböschungen diskutiert und die für Felsböschungen relevanten Versagensmodelle beschrieben. In einem weiteren Schritt wurden die beiden wichtigsten Gruppen von Beurteilungsverfahren von Felsböschungen einander gegenübergestellt und die theoretischen Grundlagen der einzelnen Verfahren dargelegt. Dies sind auf der einen Seite die Berechnungsverfahren, zu denen die analytischen und numerischen gehören und auf der anderen Seite die empirischen Verfahren. Bei Letzteren wurden das Rock Mass Rating (RMR) als Basis für das Slope Mass Rating (SMR) und die Q-Slope Methode näher betrachtet. Ebenso wurde die ingenieurgeologische Klassifizierung, die eher zu den Beobachtungsverfahren gehört, näher beschrieben. Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren wurde anhand des Felssturz Vals ein Methodenvergleich der Bewertungsverfahren durchgeführt. Dabei konnte auf verschiedene Arbeiten zurückgegriffen werden, die sich mit der numerischen Rückrechnung des Felssturz Vals befasst haben und wurden durch die empirische Bewertung mit Hilfe des Slope Mass Rating (SMR), der Q-Slope Methode und der ingenieurgeologischen Klassifizierung ergänzt. Im letzten Schritt wurden die, aus dem empirischen Bewertungsverfahren resultierenden, Ergebnisse mit der numerischen Rückrechnung verglichen. Als Ergebnis wurden die Vor- und Nachteile des empiri-schen Verfahrens herausgearbeitet und eine generelle Vorgehensweise, für die Bewertung und Beurteilung von natürlichen Felsböschungen, erarbeitet. Dabei ergab sich für die empirischen Verfahren, dass diese eine sehr kurze Rechenzeit benötigen, sowie für Ersteinschätzungen und etwaige baubegleitende Kontrollen bei Böschungseinschnitten oder im Tagebau gut geeignet sind, da geänderte Rahmenbedingungen schnell bewertet werden können. Weniger gut eignen sich diese Verfahren, um Versagensflächen bei großen Böschungen zu lokalisieren. Nicht unterschätzt werden darf, wie überall in der Ingenieurgeologie, die Datenerhebung und die Auswertung dieser. Mithilfe der Q-Slope Methode lässt sich, anders als bei den sonst betrachteten Verfahren, ein sicherer Fallwinkel der Böschung errechnen, keine Aussage wird dagegen über den Versagensmechanismus getroffen. Generell gilt bei den empirischen Verfahren zu berücksichtigen für welche Anwendung diese konzipiert wurden, eine Detailanalyse von Böschungen ist damit nicht zu empfehlen.Insgesamt ist die Standsicherheitsbeurteilung natürlicher Felsböschungen ein wichtiges Forschungsgebiet, das einen multidisziplinären Ansatz der Geologie, des Ingenieurwesens und der Risikobewertung erfordert. Die aus dieser Analyse gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, die Sicherheit von Infrastrukturen und Menschen, in der Nähe natürlicher Felsböschungen, zu gewährleisten.
In order to adequately assess the hazards of rock slopes, it is important to correctly evaluate their stability. The analyses required for this are an essential aspect of ensuring the safety of infrastructure built on or near such slopes. The basic objective of this work was to compare the empirical slope assessment methods with those of the numerical stability methods. For this purpose, the rockfall in Vals was chosen because of its extensive data and the available back calculation by means of DEM and FDM. The empirical evaluation methods, including the Slope Mass Rating (SMR), for which the base value of the Rock Mass Rating (RMRb) must be determined, the Q-Slope method and the observation method of the engineering geo-logical classification, were evaluated in this work.Within the framework of this work, the content-related and legal framework conditions and their requirements for the stability assessment of the major clients in Austria, including the Austrian Federal Railways (ÖBB), the ASFiNAG and the Office for Torrent and Avalanche Control, are analysed and the common assessment procedures are described. The basis of any stability assessment is knowledge of the prevailing failure mechanism. For this purpose, the common classification systems of rock slides were discussed and the failure models relevant for rock slides were described. In a further step, the two most important groups of rock slope assessment methods were compared and the theoretical basis of each method was presented. These are, on the one hand, the calculation methods, which include the analytical and numeri-cal ones, and, on the other hand, the empirical methods. For the latter, the Rock Mass Rating (RMR) as a basis for the Slope Mass Rating (SMR) and the Q-Slope method were considered in more detail. Likewise, the engineering-geological classification, which rather belongs to the observation methods, was described in more detail. Taking all these factors into account, a comparison of the assessment methods was carried out on the basis of the Vals rockfall. In doing so, it was possible to fall back on various works that dealt with the numerical back-cal-culation of the rockfall Vals and were supplemented by the empirical evaluation with the help of the Slope Mass Rating (SMR), the Q-Slope method and the engineering-geological classifi-cation. In the final step, the results obtained from the empirical evaluation procedure were compared with the numerical back-calculation. As a result, the advantages and disadvantages of the empirical method were worked out and a general procedure for the evaluation and as-sessment of natural rock slopes was developed. It was found that the empirical methods re-quire a very short calculation time and are well suited for initial assessments and possible in-spections during construction of slope cuts or in open-cast mining, as changed conditions can be assessed quickly. These methods are less suitable for locating failure areas on large slopes. As is the case everywhere in engineering geology, the collection and evaluation of data should not be underestimated. With the help of the Q-Slope method, a safe drop angle of the slope can be calculated, unlike with the other methods used. However, no statement is made about the failure mechanism. In general, it is important to consider the application for which the em-pirical methods were designed; a detailed analysis of slopes is therefore not recommended.Overall, the stability assessment of natural rock slopes is an important field of research that requires a multidisciplinary approach of geology, engineering, and risk assessment. The knowledge gained from this analysis can help to ensure the safety of infrastructures and peo-ple in the vicinity of natural rock slopes.
Databáze: OpenAIRE
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