Dreidimensionale numerische Simulation von Felsmassenstürzen mittels der Methode der Distinkten Elemente (PFC) : Dissertation, Technische Universität Wien
Massenbewegungen in alpinen Regionen stellen oft eine Gefährdung von besiedeltem Gebiet und infrastruktureinrichtungen dar. Die Auswirkungen von drohenden Massenbewegungen abschätzen zu können, ist daher von großer Wichtigkeit. Aus geomechanischer und felsmechanischer Sicht erschien es aus Gründen der Modellierbarkeit sinnvoll, im Gegensatz zu den gebräuchlichen Klassifizierungen Massenbewegungen in den Auslöse- oder Versagensmechanismus einer Talflanke oder Felsböschung und den Sturzprozess zu unterteilen. Die Sturzprozesse werden in Steinschlag, Felssturz und Bergsturz eingeteilt. Während unter Steinschlag der Sturz von Einzelblöcken verstanden wird, werden mit Felssturz und Bergsturz rasche, sturzartige Massenbewegungen unterschiedlicher Volumina bezeichnet, bei denen Felsmassen, bestehend aus diskreten, interagierenden Einzelblöcken, durch gravitative Kräfte bewegt werden. Für die Begriffe Felssturz und Bergsturz wird der Überbegriff "Felsmassensturz" eingeführt. Für die numerische Untersuchung von Felsmassenstürzen im dreidimensionalen Raum unter Zugrundelegung realer physikalischer Zusammenhänge wurde das Programm PFC (Particle Flow Code), basierend auf der Methode der Distinkten Elemente, herangezogen. Die Grundelemente von PFC sind kugelförmige Partikel, die sich beliebig anordnen und zu größeren Einheiten verbinden lassen, sowie ein- bzw. zweidimensionale Wandelemente. PFC besitzt neben den Bewegungs- und Kontaktgesetzen für einzelne Blöcke auch eine Routine für die Ermittlung jener Blöcke, die miteinander oder mit der Geländeoberfläche in Kontakt treten. Die Partikel können an ihren Kontaktpunkten Bindungen eingehen, die infolge einer zu
großen Belastung (Aufprall) auch wieder brechen können. Für eine realistische Modellierung des Sturzprozesses war es notwendig neben der vorhandenen nichtviskosen Dämpfung eine viskose Dämpfung für den Aufprall eines Blockes auf die Geländeoberfläche einzuführen und geeignete Dämpfungswerte anhand von numerischen Aufschlagtests und durch Rückrechnung (z.B. des Felsmassensturzes Frank Slide, Alberta, Kanada) zu ermitteln. Die Bewegungsarten Springen, Gleiten, Rollen und der freie Fall, die bei Steinschlägen und Felsmassenstürzen auftreten, und die Interaktion zwischen Partikeln konnten damit in PFC realistisch modelliert werden. Die Möglichkeiten realistischer, dreidimensionaler Modellierungen von Felsmassenstürzen in PFC3D mithilfe der durchgeführten Adaptionen werden an den Beispielen der Felsmassenstürze Eiblschrofen (Tirol, Österreich) und der Massenbewegung Oselitzenbach (Kärnten, Österreich) gezeigt. Diese auf geomechanischen Grundlagen basierende Methode ist daher geeignet, bei der Abgrenzung von Gefährdungsgebieten, bei der Dimensionierung von Schutzmaßnahmen usw. im Zusammenhang mit Felsmassenstürzen einen wichtigen Beitrag zu leisten.
