Numerische Untersuchung von Felsmassenstürzen vom Roten Kögele am Hallstätter Salzberg mittels PFC3D

Abstract

Massenbewegungen gehören in Gebirgsregionen zum natürlichen morphologischen Prozessgeschehen. In Überschneidung mit der anthropogenen Raumnutzung stellen sie eine Gefahr für Personen sowie Gebäude und Infrastruktur dar. Durch rechtzeitige Gefahrenerkennung ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit und Stärke möglicher Ereignisse über Modellversuche oder Vergleichsfälle zu beurteilen und nötige Maßnahmen abzuklären.<br />Die gefährdete Zone um das Rote Kögele befindet sich westlich der oberösterreichischen Gemeinde Hallstatt im Bereich des Hallstätter Salzberges. Im Untersuchungsgebiet lagern kompetente Karbonate der Hallstätter Fazies auf einer inkompetenten Unterlage, die von der Haselgebirge-Formation gebildet wird. Dies führt zum Ausquetschen bzw.<br />Ausfließen des weichen Sockelmaterials und zum Zerbrechen und Abgleiten der spröden, karbonatischen Blöcke. Aufgrund dieser geotechnischen Konstellation ereigneten sich am Roten Kögele bereits in der Vergangenheit zahlreiche Fels- und Bergstürze.<br />Für die numerische Untersuchung der möglichen Felsmassenstürze wurde das diskontinuumsmechanische Programm PFC3D (Particle Flow Code in 3 Dimensions) der Itasca Consulting Group verwendet. Ein PFC3D-Modell besteht aus zweidimensionalen Wandelementen, welche bei Massenstürzen den nicht bewegten Untergrund darstellen, sowie aus kugelförmigen Partikeln, mit welchen die Abbruchmasse modelliert wird. Mit PFC können sowohl die Interaktionen der Partikel mit der Geländeoberfläche als auch die gegenseitige Beeinflussung der Partikel modelliert werden.<br />Ziel dieser Arbeit war die Ermittlung des Gefährdungspotentials zukünftiger Felsmassenstürze. Die geologisch-geomorphologische Kartierung erbrachte vier Abbruchszenerien, deren Absturz aus derzeitiger Sicht möglich erscheint. Aus den Daten der digitalen Geländeaufnahme und der potentiellen Ablöseflächen wurden die Wandelemente generiert. Die Reibungswinkel, Rollwiderstände und kritischen Dämpfungsverhältnisse wurden aus einem Felssturz aus dem Jahre 1985 rückgerechnet. Nach der Generierung der Partikel wurde jedes Absturzszenario bis zur Ruhelage modelliert und danach das jeweils folgende Szenario zum Absturz gebracht. Dabei konnte festgestellt werden, dass die drohenden Felsmassenstürze keine unmittelbare Gefahr für Hallstatt darstellen. Die bestehende Straße unterhalb des Abbruchgebietes, die die einzige Zufahrtsmöglichkeit zum Hallstätter Salzberg darstellt, wird jedoch auf einer Länge von 150 Metern verschüttet, wobei die Mächtigkeit des Ablagerungsmaterials auf bis zu 15 Meter geschätzt werden kann. Für eine sichere Zufahrt zum Salzberg bietet sich daher eine Verlegung der Straße an.<br />

Mass movements are natural morphological processes in mountain areas. They represent a danger for people as well as for infrastructure and buildings. An early recognition is important to evaluate the probability and the dimension of possible events. Numerical methods are essential tools for these analyses.<br />The endangered zone around the "Rotes Kögele" is situated in the west of the town Hallstatt in the area of the "Hallstätter Salzberg". In the analysed area rigid rock blocks consisting of carbonatic rocks (Hallstätter Kalke) are lying over a ductile subsoil (Haselgebirge). The overlying weight of the brittle plate results in a deformation of the plastically ductile base. This leads to the squeezing out of the incompetent base material and to the fragmentation and slipping of the brittle, carbonatic blocks. Due to this geotechnical constellation numerous rock falls happened at the "Rotes Kögele" already in the past.<br />For the numerical calculations of the rock mass falls the discontinuum program PFC3D (Particle Flow Code in 3 Dimensions) from Itasca Consulting Group was used. The basic elements of a PFC3D model are two dimensional wall elements that represent the ground not in motion and spherical particles modelling the moving mass. With PFC both the interaction of particles with the ground and the interaction between the blocks occurring in a rock mass fall can be simulated.<br />The aim of this study was the calculation of the potential risk of future rock mass falls. Due to the geological-geomorphological mapping the field was subdivided into four possible areas where rock mass falls could be detached from. From the dates of the digital tacheometry and the detachment surfaces the wall elements were generated. The friction angles, rolling resistances and critical damping ratios were calculated back from a rock mass fall in the year 1985. After the generation of the particles, the run out of every area was modelled to its final position and after this the following run out was started. The future rock mass falls do not represent any direct danger for Hallstatt. However, the existing street below the breakdown region which represents the only access possibility to the "Hallstätter Salzberg" will be buried on a length of 150 meters at which the thickness of the deposit material can be estimated up to 15 meters. To guarantee a secure access to the "Salzberg" a relocation of the street is offered.<br />