Einfluss des Trennflächenabstands auf die Stabilität eines belasteten Felskeils

Abstract

Keilgleiten zählt zu den häufigsten Versagensarten bei Festgesteinsböschungen, insbesondere bei Böschungen mit gut entwickelten Kluftsystemen. Dies gilt im Speziellen für Gründungen in der Nähe von Felsböschungen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein von Wyllie (1992) publiziertes Beispiel herangezogen und vertiefenden Analysen unterzogen. Der den Analysen zugrunde liegende Felskeil nach Wyllie wird durch zwei sich schneidende Trennflächen und einen Zugriss entlang der Oberseite des Keils definiert.Zur Ermittlung des Einflusses des Trennflächenscharenabstands und der Kohäsion auf die maximal aufnehmbaren Sohldruckspannungen wurden zwei Softwareprogramme verwendet, die unterschiedliche Berechnungsmethoden anwenden. Das erste Programm, SWEDGE (entwickelt von Rocscience), basiert auf dem Prinzip des Grenzgleichgewichts und berücksichtigt Gesteinsparameter wie Kohäsion und Reibungswinkel, jedoch keine Trennflächenscharen. Die zweite Software, 3DEC (3-Dimensional Distinct Element Code), entwickelt von der Itasca Consulting Group, nutzt die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) und bezieht Gesteinsparameter sowieTrennflächenscharenabstände detailliert in die Analyse des Versagensmechanismus ein.In der Untersuchung wurden verschiedene Keilmodelle betrachtet. Zunächst wurde der größtmögliche Keil untersucht, der durch die keilbildenden Trennflächen entsteht. Anschließend wurdenTrennflächenscharenabstände von 3 m, 2 m, 1,5 m und 1 m sowie Kohäsionen von 100 kPa für die erste Keilfläche und 50 kPa für die zweite Keilfläche berücksichtigt. Nachfolgend wurden die Kohäsionswerte verdoppelt und die Untersuchung wiederholt. Auf diese Weise wurde der Einfluss des Trennflächenscharenabstands und der Kohäsion auf die Sohldruckspannungen untersucht.Neben der maximal aufnehmbaren Sohldruckspannung wurden auch die abgleitende Keilhöhe und das Keilvolumen ermittelt. Zudem wurde der Einfluss der Trennflächenscharenabstände aufden Versagensmechanismus analysiert.Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass der Trennflächenabstand einen entscheidenden Einfluss auf die maximal aufnehmbare Sohldruckspannung hat. Mit zunehmender Zerlegung des Gebirges (infolge des geringeren Trennflächenabstandes) sinken die maximal aufnehmbare Sohldruckspannung, die Keilhöhe (Höhe des bewegten Bereichs) und das Keilvolumen.

Wedge sliding is one of the most common failure types in rock slopes, especially in slopes with well-developed joint systems. This is particularly relevant for foundations located near rockslopes. In this thesis, an example published by Wyllie (1992) was used and subjected to detailed analysis. The rock wedge analyzed is defined by two intersecting joint planes and a tension crackalong the top of the wedge.To study the effect of joint spacing and cohesion on the bearing capacity, two softwareprograms with different calculation methods were used. The first program, SWEDGE (developed by Rocscience), is based on the limit equilibrium method and considers rock properties such a scohesion and friction angle, but not joint spacing. The second program, 3DEC (3-Dimensional Distinct Element Code), developed by Itasca Consulting Group, uses the distinct element method (DEM) and includes both rock properties and joint spacing in detail when analyzing the failure mechanism.Several wedge models were analyzed in the study. First, the largest possible wedge, formed by the intersecting joint planes, was examined. Then, joint spacings of 3 m, 2 m, 1.5 m, and 1 m were evaluated, along with cohesion values of 100 kPa for the first joint plane and 50 kPa forthe second joint plane. These cohesion values were then doubled, and the analysis was repeated.This approach allowed for an assessment of the influence of joint spacing and cohesion on contactstresses.In addition to the bearing capacity, the sliding wedge height and wedge volume were alsodetermined. The effect of joint spacing on the failure mechanism was further analyzed.The results show that joint spacing significantly affects the bearing capacity. As the rock mass becomes more fragmented (due to smaller joint spacing), the bearing capacity, the wedge height (height of the moving area), and the wedge volume all decrease.