Synthetic Rock Mass (SRM) Modelle für Stabilitätsanalysen von Felsböschungen : Einsatzmöglichkeiten und Grenzen am Beispiel Vals (Tirol)

Abstract

Instabile Felsböschungen und die daraus resultierenden Sturzprozesse stellen eine Bedrohung für angrenzende Siedlungsräume und Infrastruktur dar. Die Möglichkeit der Beurteilung des Verschiebungsverhaltens und der Stabilität von Felsböschungen ist für die Einschätzung der von den Felswänden ausgehenden Gefahr und für die Festlegung von Grenzwerten für Warnsysteme von großer Bedeutung. In Kooperation mit der Wildbach- und Lawinenverbauung Tirol untersucht die vorliegende Diplomarbeit die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen von Synthetic Rock Mass (SRM) Modellen zur Beschreibung des Verschiebungsverhaltens und zur Beurteilung der Stabilität von Felsböschungen.Für die Untersuchung wurde die Felswand in Vals (Tirol) herangezogen, bei der sicham 24.12.2017 ein Felssturz mit einem Abbruchvolumen von circa 117.000 m3 ereignete. Ziel des Projekts war es das in situ vorliegende Trennflächengefüge mittels eines Discrete Fracture Networks (DFN) detailgetreu abzubilden und in Kombination mit der Diskreten Elemente-Software 3DEC (Itasca Consulting Group) ein realitätsnahes Gebirgsmodell (SRM-Modell) zur Rückrechnung des Versagens der Felswand aufzubauen. Dazu wurden Modellrechnungen mit und ohne Berücksichtigung der beobachteten keilbildenden Versagensflächen aufgebaut. Eine Rückrechnung des Versagens ohne Berücksichtigung der beobachteten Versagensflächen stellte sich als schwierig heraus, da ein solches Modell sehr hohe Rechenzeiten erfordert und auf diese Weise die für die Rückrechnung erforderlichen Parametervariationen nicht realisierbar waren. Die Rückrechnungen unter Berücksichtigung der Versagensflächen zeigen eine starke Abhängigkeit der Modellparameter von der beim DFN berücksichtigten Kluftdichte. Die Laborparameter können also nicht direkt übernommen werden, sondern sind lediglich Startwerte für die Ermittlung des Grenzgleichgewichts.SRM Modelle sind ein vielversprechender Ansatz, doch aufgrund der Limitierungen infolge der zeitaufwendigen Berechnungen muss derzeit die Kluftdichte noch stark vereinfacht werden.Die im Labor ermittelten Materialparameter sind nicht direkt anwendbar. Dadurch benötigenauch SRM-Modelle aufwendige Rückrechnungen bzw. Parameterstudien zur Bestimmung der Modellparameter.

Instable rock slopes and the resulting fall processes are a threat for adjacent settlement areasand infrastructure. The possibility of assessing the displacement behaviour and stability of rock slopes is of great importance for the risk evaluation of rock slopes and for the definition ofl imit values for warning systems.In cooperation with the torrent and avalanche control, present diploma thesis investigatesthe application possibilities and limits of Synthetic Rock Mass (SRM) models to describe the displacement behaviour and to assess the stability of rock slopes. A rock slope in Vals (Tyrol) was investigated, where on 24. December 2017 a rock fall with a source volume of approximately 117.000 m3 occured. The aim of the project was to reconstruct the in situ joint network via a Discrete Fracture Network (DFN) and to build a realistic Synthetic Rock Mass model using the Discrete Element Software 3DEC (Itasca Consulting Group) in order to analyze the initial state of failure of the rock slope. For this purpose model calculations with and without the failure planes (slidingsurface of the observed wedge failure) were set up.The simulation of the failure mechanism without consideration of the observed failure planes turned out to be difficult, due to high computing times. Therefore a back analysis to determine and verify material properties could not be realized. The outcome of the back analysis with the failure planes indicate a strong dependence of the model parameters on the fracture intensity of the DFN. Therefore, the laboratory parameters cannot be transfered directly, but are only starting values for the determination of the limit equilibrium. SRM models are a promising approach but due the limitations resulting from time consuming calculation processes the fracture intensity of the DFN needs to be significantly simplified. Material parameters obtained from laboratory testing are not directly applicable. This means that SRM models also require extensive back analysis or parameter studies to determine the model parameters.