Steinschlagsimulationen für Tagbauböschungen mithilfe der Diskreten Elemente Methode (DEM)

Abstract

Steinschlag kann in allen Gebirgsregionen und auch im Tagebau auftreten. Insbesondere im Tagebau stellt es ein erhebliches Gefahrenpotential dar. Die Ausweisung von Gefahrenzonen, wie sie in der Tagbauarbeitenverordnung (TAV, BGBl. II Nr. 416/2010) verlangt werden, ist besonders im Hinblick auf die Ausrolldistanzen nicht trivial. Motivation dieser Arbeit ist eine genauere Bestimmung dieser Gefahrenzonen, um das Steinschlagrisiko in Tagebauen zu verringern. Dazu werden folgende Forschungsfragen gestellt: ‚Wie wirken sich die im Steinschlagsimulationsmodell PFC verwendeten Blockformen sowie Dämpfungs- und Reibungsparameter der Böschung und der Etage auf die Auftreff- und Ausrolldistanz von Steinschlägen am Beispiel von Tagebauen aus? ‘ und ‚wie kann die Anwendbarkeit in Hinblick eines allgemein gültigen Satzes von Materialparametern, der für alle Tagebaue gültig ist, bewertet werden?‘. Um die Forschungsfragen zu beantworten, wurden Ausrolldistanzen von Fallversuchen von vier Tagebauen verwendet, um das erstellte Simulationsmodell zu kalibrieren. Das Modell zeigt deutlich, welche Dämpfungs- und Reibungsparameter und Blockformen Auswirkungen auf die Trajektorien und die Auslaufdistanzen haben. Das Ziel einen allgemein gültigen Satz von Materialparametern zu finden, konnte nicht erreicht werden, daher muss jede Böschung einzeln kalibriert werden. Es wird empfohlen, die Einbeziehung einer Zufallskomponente in das Modell weiter zu untersuchen.

Rockfall can occur in all mountainous regions and also in quarries. In quarries in particular, it represents a considerable hazard potential. The designation of hazard zones, as stipulated in the Opencast Mining Regulation (TAV, Federal Law Gazette II No. 416/2010), is not trivial, especially with regard to the roll-out distances. The motivation of this work is a more precise determination of these danger zones in order to reduce the risk of rockfall in quarries. The following research questions are posed: 'How do the block shapes used in the rockfall simulation model PFC as well as the damping and friction parameters of the slope and the floor affect the impact and roll-out distance of rockfalls using the example of quarries? ' and 'How can the applicability be evaluated with regard to a generally valid set of material parameters that is valid for all quarries?'. To answer the research questions, roll-out distances of drop tests from four quarries were used to calibrate the simulation model created. The model clearly shows which damping and friction parameters and block shapes have an effect on the trajectories and roll-out distances. The goal of finding a generally valid set of material parameters could not be achieved, so each slope must be calibrated individually. It is recommended to further investigate the inclusion of a random component in the model.