Synthetic-Rock-Mass Modell und das Terra-Firma-Konzept: Gegenüberstellung bei der Ermittlung des Gefahrenbereiches an der Böschungsoberkante

Abstract

In der Vergangenheit richtete sich die Dimensionierung von Tagbauböschungen hauptsächlich nach wirtschaftlichen Kriterien. Heute sind dabei auch Gefahrenbereiche zu berücksichtigen, wel-che den sicheren Arbeitsbereich für ArbeiterInnen beschränken. Der aktuelle Stand der Technik in Österreich zur Bestimmung des Gefahrenbereiches an der Ge-ländeoberkante einer Tagbauböschung ist die kombinatorische Gleitkeilanalyse. Potentielle Gleitkeile werden auf Basis der gemessenen Trennflächenorientierungen und Trennflächeneigen-schaften analysiert. Anhand der ausgewiesenen instabilen Keile werden anschließend die Gefah-renbereiche festgelegt.Seit einigen Jahren finden als Alternative zu analytischen oder empirischen Berechnungsmetho-den auch immer häufiger numerische Simulationen Anwendung in der Geotechnik. So entwickel-ten sich in den letzten Jahren numerische Berechnungen auf Basis von Synthetic-Rock-Mass Mo-dellen zu einer vielversprechenden Methode. Grundsätzlich werden in einem Synthetic-Rock-Mass Modell Gesteins- und Gefügeeigenschaften realitätsnahe abgebildet und die Stabilität des daraus resultierenden Gebirges anschließend numerisch simuliert.In der vorliegenden Arbeit wurden die Trennflächeneigenschaften einer ehemaligen Tagbaubö-schung im Steinbruch Greifenstein mittels Photogrammetrie erfasst. Auf Basis der photogrammet-rischen Daten erfolgt eine Bestimmung des Gefahrenbereiches an der Geländeoberkante durch die kombinatorische Gleitkeilanalyse und die numerische Simulation eines Synthetic-Rock-Mass Modells.Ziel dieser Arbeit war es die Ergebnisse für den Gefahrenbereich an der Geländeoberkante der kombinatorischen Gleitkeilanalyse und der numerischen Simulation eines Synthetic Rock Mass Modells zu vergleichen. Die kombinatorische Gleitkeilanalyse wurde dabei mithilfe der Software Swedge von rocscience durchgeführt. Die numerische Simulation basiert auf der Distinkt Element Method (DEM) zur Simulation diskreter Blöcke und wurden mit der Software 3DEC der Itasca Consulting Group durchgeführt.Grundsätzlich konnte das gemessene Trennflächengefüge mit Ausnahme der kleinen Trennflä-chen und Trennflächenabstände, die hohe Rechenzeiten zur Folge hätten, im Synthetic-Rock-Mass Modell (SRM-Modell) nachgebildet werden. Die berechneten Gefahrenbereiche sind beim unter-suchten Fallbespiel in der numerischen Simulation des SRM-Modells und in der kombinatori-schen Gleitkeilanalyse ähnlich. Dies deutet darauf hin, dass die Möglichkeit besteht, durch die realitätsnahe Simulation eines SRM-Modells bei Einhaltung des selben Sicherheitsniveaus ein flexibles Modell für alle möglichen Versagensfälle von Felsböschungen für die Ermittlung des Gefahrenbereiches an der Böschungsoberkante zu erhalten.Die vielversprechenden Synthetic-Rock-Mass Modelle sind allerdings derzeit aufgrund der hohen Rechenzeit des Simulationsprozesses und der notwendigen Vereinfachungen des Modells im Ver-gleich zu konventionellen Berechnungsansätzen oft zu aufwendig in der Modellbildung. Um von dem in dieser Arbeit untersuchten Fallbeispiel auf ein allgemein gültiges Berechnungs-modell zu schließen sind allerdings weiterführende Untersuchungen und Simulationen an unter-schiedlichen Böschungen mit unterschiedlichen Trennflächengefügen notwendig, die nicht Teil dieser Arbeit sind.

In the past, the design of open pit slopes was mainly based on economic criteria. Today, the dan-ger area, in which people are present during mining operations, is also taken into account.In Austria the current state of the art for determining the danger area at the top of an open pit slope is the combinatorial sliding wedge analysis. Wedges are formed on the basis of the mea-sured interface orientations and rock properties then their hazard areas are calculated.For some years now, numerical simulations have been used increasingly in geotechnical enginee-ring as an alternative to analytical or empirical calculation methods. In recent years, the numeri-cal simulation of a Synthetic-Rock-Mass model has been developed. Basically, a Synthetic-Rock-Mass model is trying to recreate structure and properties of the rockslope and their stability is simulated numerically.In the present work, the interface properties of a former open pit slope located in Greifenstein are recorded by photogrammetry. Based on the photogrammetric data, a determination of the danger zone at the top of the slope is carried out by combinatorial slip wedge analysis and the numerical simulation of a Synthetic-Rock-Mass model.The objective of this work was to compare the results for the hazard area at the top of the slope of the combinatorial slip wedge analysis and the numerical simulation of a Synthetic-Rock-Mass model. The combinatorial slip wedge analysis was performed using the software Swedge by rocscience. The numerical simulation is based on the Distinct Element Method (DEM) for the si-mulation of discrete blocks and is performed with the software 3DEC by Itasca Consulting Group.The measured interface structure was successfully reproduced in the Synthetic-Rock-Mass (SRM) model, with the exception of the small interface areas and small interface distances, which would result in high computation times. The specified hazard areas are similar on the studied case in the numerical simulation of an SRM model and in the combinatorial slip-wedge analysis. This indica-tes that it is possible to obtain a flexible model for all possible failure cases of rock slopes for the determination of the hazard area at the top of the slope by simulating an SRM model realistically with the same safeties.The promising Synthetic-Rock-Mass models, however, are currently often too complex in mode-ling compared to established computational approaches due to the high computational time of the simulation process and the necessary simplifications of the model to avoid large computatio-nal times.However, in order to get a generally valid calculation model from the case study inquired in this paper, further investigations and simulations on different slopes with different interface struc-tures are necessary, which are not part of this paper.