C. Wendeler/Y. Bühler/P. Bartelt/J. Glover · Application of three-dimensional rockfall modelling to rock face engineering
measures can now be designed to fulfil increased safety requirements and require less space for their construction.
2.1 Rockfall simulations For many years, 2D rockfall simulations have been the state of the technology for engineers to address rockfall problems. These considered the range, energy lines and jump heights of falling blocks. Various software packages are available on the market, including Rockfall [1] or Rofmod [2]. For all calculation programs, it is very important to record the field data correctly and appropriately to the relevant question. For example, the identification of the decisive terrain profile is essential in order to be able to consider the highest possible rock impact energies and jump heights in an investigation. The ground parameters must be selected to be representative of the interaction between block and underlying ground. The advantages of 2D models are the simple and rapid data input and the simplified calculation method. However, the terrain is inadequately considered, no spatial analysis of rock impacts is possible and there is no information about dispersion. In recent years, 3D models have become established as the new standard for full-coverage simulations of rockfall. While the RAMMS::Rockfall model was first use in forestry applications, it is now increasingly being used commercially. The 3D model developed by WSL assumes “rigid bodies”, that is non-deformable behaviour of ground and blocks [3]. One advantage of 3D models is that the terrain can be modelled better, making statements about the size of the affected area and thus spatial analyses possible. But this also means comparatively more work in data surveying and processing. According to the problems on a specific project, 2D or 3D models may be suitable, although it is also possible to combine both approaches to achieve the intended solution.
2.2 Rockfall protection systems Since the issue of the first guideline for the type testing of rockfall protection nets [4], impressive progress has been achieved with the energy resistance capacity of protection systems. For smaller energies of up to max. 50 kJ, rigid barriers such as concrete (“Jersey elements”) or wooden fences can be used. Flexible protection barriers without support cables have now reached energy resistance capacities of up to 1,000 kJ. Since 2011, flexible barriers with support cables have been able to resist energies of up to 8,000 kJ and have thus almost reached the level of larger rockfall protection dams (Figure 2). In addition to their use in protection fences, flexible nets are also used in special applications such as rockfall galleries, curtain systems, damping systems and to secure slopes. Rockfall protection dams can absorb energies of up to 10,000 kJ but take up a lot of space. In steep terrain, it is also difficult to safely ensure the necessary loaf transfer into the ground through the foundations.
Nord-Süd der Schweizerischen Bundesbahnen in Gurtnellen, das einen Zug mit 190 Personen an Bord gefährdete. Aufgrund der schnellen Sperrung der Strecke durch die zuständigen Alarmorganisationen der Bundesbahnen kamen jedoch keine Personen zu Schaden. Beim betroffenen Bahnabschnitt wurden eine Steinschlagbarriere sowie eine Fahrleitungsstütze durch Blöcke getroffen (Bild 1). Das Ereignis überstieg die maximale Aufnahmefähigkeit des Schutznetzes. Gemäß Angaben des geologischen Berichts der Schweizerischen Bundesbahnen war ein kleiner Felsrutsch von ca. 100 m3 der Ursprung der Gefährdung. Um Steinschlagtrajektorien vorauszusagen sowie Schutzmaßnahmen zu bemessen, sind Steinschlagsimulationen notwendig, die auf neuesten Erkenntnissen be ruhen. In den letzten Jahren konnten erhebliche Fortschritte in diesen Bereichen erzielt werden, was zu einer Verbesserung der Qualität von Simulationsergebnissen und Bemessungskonzepten für Schutzmaßnahmen geführt hat.
2 Verbesserungen im Steinschlagschutz In den letzten Jahrzehnten wurden, sowohl im Bereich der Berechnungsmethoden als auch auf der Seite der Schutzmaßnahmen selbst, erhebliche Fortschritte erzielt. Ersteres führt dazu, dass die Gefährdungen besser eingeschätzt und Schutzmaßnahmen besser an die Gegebenheiten angepasst werden können. Gleichzeitig erfolgte auch eine Erhöhung der Aufnahmekapazität von Schutzmaßnahmen, im Speziellen der flexiblen Schutznetze gegen Steinschlag. Dies führte dazu, dass Schutzmaßnahmen geplant werden konnten, die noch höheren Ansprüchen an die Sicherheit genügen, ein gutes Nutzen/Kostenverhältnis aufweisen, sowie platzsparend zu erstellen sind.
2.1 Steinschlagsimulationen Viele Jahre lang gehörten 2D-Steinschlagsimulationen zum Stand der Technik, um Fragestellungen von Ingenieuren im Steinschlagbereich zu beantworten. Dazu ge hören die Reichweite, die Energielinien sowie die Sprunghöhen der Steinblöcke. Verschiedene Softwarepakete sind auf dem Markt erhältlich, unter anderem Rockfall [1] oder Rofmod [2]. Für alle Berechnungsprogramme ist es sehr wichtig, die Felddaten korrekt und passend zur Fragestellung zu erheben. Beispielsweise ist es entscheidend, das maßgebende Geländeprofil zu identifizieren, um die höchstmöglichen Steinschlagenergien und Sprunghöhen in der Untersuchung zu berücksichtigen. Die Untergrundparameter müssen so gewählt werden, dass sie repräsentativ für die Interaktion zwischen Block und Untergrund sind. Die Vorteile von 2D-Modellen liegen in der einfachen und schnellen Datenaufnahme und der vereinfachten Berechnungsweise. Jedoch wird das Gelände nur ungenügend einbezogen, es ist keine räumliche Analyse der Steinschläge möglich, und es liegen keine Informationen über die Dispersion vor. In den letzten Jahren haben sich 3D-Modelle als neuer Standard für flächendeckende Simulationen im Bereich Steinschlag etabliert. Während das RAMMS::Rockfall-
Geomechanics and Tunnelling 10 (2017), No. 1
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