Die Beurteilung der Standsicherheit von Felskeilen mithilfe der Diskreten Elementen Methode (DEM) und Grenzgleichgewichtsbetrachtungen

Abstract

In der Natur als auch im Zuge des Bauens steht der Geotechniker öfters vor der Herausforderung, dass einfallende Kluftorientierungen keilartige Verschneidungskörper an Felswänden bilden. Hierbei ist die Sicherheit gegen Versagen der Keile für den sicheren Ablauf von Bauarbeiten, Sicherung und Schutz von Menschen als auch von Bauwerken und Infrastruktur eine grundlegende Aufgabe des Geotechnikers. Hierbei spielt das Erkennen von Kluftflächen und die Erfah-rung des Geotechnikers eine wesentliche Rolle. Für die Standsicherheitsberechnung von kriti-schen Keilenformen unter unterschiedlichen Baubedingungen kommen sowohl analytische als auch numerische Softwareprogramme zur Anwendung. Mithilfe der Anwendungen ist die Erkenntnis zu erlangen, ob gewissen Keilformen in der Natur standhaft oder nicht standhaft sind.Die Diplomarbeit befasst sich mit den Unterschieden der Diskreten Elementen Methode und der Grenzgleichgewichtsverfahren. Hierzu werden zur Identifizierung etwaiger Unterschiede die beiden Softwareprogramme SWedge von Rocscience und 3DEC Version 7.0 von Itasca Consulting Group, Inc genutzt. Beide Programme sind zur Stabilitätsbeurteilungen von Felskeilen geeignet. Es werden Unterschiede zwischen der analytischen und numerischen Betrachtungsweise erörtert. Im ersten Teil der Diplomarbeit wird eine Keilform (β = 90° in allgemeiner Lage der Trennflächen zur Orientierung der untersuchten Böschung) identifiziert, welche sich im annähernden Grenzgleichgewicht im Hinblick auf Versagen befindet. Mit den beiden Softwarepro-grammen wird in weiterer Folge der Sicherheitswert (Factor of Safety) fürs Keilgleiten errechnet und anschließend für unterschiedliche Fälle miteinander verglichen. Hierbei werden unterschiedliche Eingabeparameter (Reibungswinkel φ, die Kohäsion c, das Vorhandensein von Kluftwasser) für die Sicherheitsberechnung variiert.Der zweite Teil der Diplomarbeit befasst sich mit der Versagenswahrscheinlichkeit von Keilen. Hierbei werden Kluftorientierungen gestreut und so eine Versagenswahrscheinlichkeit für das Versagen errechnet. Ziel ist es, Aussagen über etwaige Unterschiede zwischen den einzelnen Betrachtungsweisen zu erörtern. Im dritten Teil der Diplomarbeit wird ein realitätsnaher Fall beprobt. Hierbei wird Gleiten von Keilen an mehreren Ebenen (drei Ebenen) untersucht.

In nature as well as in the course of construction, the geotechnical engineer is often faced with the challenge that inclining fissure orientations form wedge-like intersection bodies on rock faces. Here, security against failure of the wedges for the safe course of construction work, securing and protecting people as well as buildings and infrastructure is a fundamental task of the geotechnical engineer. The recognition of fissures and the experience of the geotechnical engi-neer play an important role here. Both analytical and numerical software programs are used to calculate the stability of critical wedge shapes under different construction conditions. With the help of the applications, the knowledge can be gained as to whether certain wedge shapes in nature are stable or not.The thesis deals with the differences between the discrete element method and the limit equilib-rium method. The two software programs SWedge from Rocscience and 3DEC version 7.0 from Itasca Consulting Group, Inc. are used to identify any differences. Both programs are suitable for assessing the stability of rock wedges. Differences between the analytical and numerical approaches are discussed. In the first part of the thesis, a wedge shape (β = 90° in the general position of the separating surfaces for the orientation of the examined slope) is identified, which is in approximate limit equilibrium with regard to failure. The two software programs are then used to calculate the safety value (Factor of Safety) for wedge sliding and then compare them for different cases. Here, different input parameters (friction angle φ, cohesion c, the presence of frac-ture water) are varied for the safety calculation.The second part of the thesis deals with the probability of failure of wedges. Here, divide orientations are scattered and a probability of failure is calculated. The aim is to discuss statements about any differences between the individual perspectives. In the third part of the thesis, a realistic case is sampled. Here, sliding of wedges is examined at several levels (three levels).