Titelaufnahme

Titel
Das Auflaufen von granularem Material auf Barrieren
VerfasserKuen, Barbara
Begutachter / BegutachterinPoisel, Rainer ; Preh, Alexander
Erschienen2011
UmfangII, 89 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Schnelle Massenbewegungen / Granulare Massenbewegungen /
Schlagwörter (EN)rapid landslides / granular avalanches / hazard mitigation / protective
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-59350 Persistent Identifier (URN)
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Zusammenfassung (Deutsch)

Bergstürze, Felsstürze, Steinschläge und Muren sind durch ihre schnelle Bewegung die gefährlichste Form von Massenbewegungen. Sie bedrohen Menschenleben und deren Infrastruktur (vergleiche HUNGR, 2001).

Von diesen Gefahren ausgehende Risiken können durch Schutzmaßnahmen eingedämmt werden. Eine gebräuchliche bauliche Methode ist das Errichten von Schutzdämmen oder Wänden, welche die kinetische Energie der Massen absorbieren. Die Massen werden dadurch zum Halten gezwungen, bevor das zu schützende Gebiet erreicht wird. Um solche Barrieren zu dimensionieren, sind mehrere Fragestellungen vorab zu klären: (i) die Sprung-Höhe einer potentiellen Massenbewegung, wenn sie auf den Damm aufläuft, um sicher zu stellen, dass die Dammkrone hoch genug ist, um das Überstreichen des Dammes zu verhindern; (ii) Art und Geometrie des Ablagerungsmaterials, welches im Auffangraum zwischen Beschleunigungsbahn und Damm zum erliegen kommt; und (iii) statische und dynamische Kräfte, welche durch die Massenbewegung auf den Damm wirken.

Numerische Modellierungen von Massenbewegungen decken diese Fragestellungen ab, sodass alle nötigen Informationen zur Errichtung solcher Schutzdämme zur Verfügung stehen - vorausgesetzt die Modellierung ist korrekt verifiziert und kalibriert. MANCARELLA und HUNGR (2010) haben eine Serie von Laborexperimenten durchgeführt, bei denen das schnelle Auslaufen von trockenem Sand in einem Kanal, beobachtet wird. Der Sand trifft, nachdem er die Sturzbahn hinter sich gelassen hat, auf eine der Sturzbahn entgegen geneigte Wand, welche den Sand zum Stoppen bringt. Die Neigung dieser Endbarriere kann variiert werden, sodass auch eine Barriere rechtwinklig zur Sturzbahn untersucht wurde. Diese Laborexperimente wurden unter Verwendung des Particle Flow Codes (Itasca Consulting Group) und des DAN Codes rückgerechnet. Ziel dieser Studien ist es zu verifizieren, ob die genannten Programme fähig sind, das Verhalten von granularen Massenbewegungen, die auf eine Barriere treffen, zu modellieren. Um entsprechende Resultate zu erhalten, mussten einige Modifizierungen der Programme vorgenommen werden. Die Originalversion der numerischen Lagrangeschen dynamischen Analyse (DAN) zur Untersuchung von sehr schnellen und flachen fluidähnlichen Bewegungen, musste durch einen Algorithmus zur Geschwindigkeitsglättung verbessert werden, um numerische Instabilität zu verhindern. Bei PFC musste wiederum eine eigene Rotationsdämpfung zwischen den Partikeln implementiert werden, um sinnvolle Ergebnisse zu erzielen.

Zusammenfassung (Englisch)

Extremely rapid, flow-like landslides, such as debris avalanches, debris flows, flow slides, and rock avalanches, are the most important landslide hazards, threatening human lives and infrastructure (e.g., HUNGR et al., 2001). Risk reduction can be achieved, for example, by means of protective structures. A common type of active protective structure is a "terminal barrier," a dyke or wall placed perpendicular to the expected motion of the landslide and designed to absorb the landslide impact and force of the avalanche to stop before reaching the protected area. Several quantitative parameters are required for the design of terminal barriers: (i) run-up of a potential landslide against the face of the structure to ensure that the dyke crest is sufficiently high enogh to avoid overtopping; (ii) manner and geometry of deposition of slide material arriving in the space upstream of the structure ("storage basin"); and (iii) static and dynamic forces exerted by the moving debris on the face of the structure. Numerical modelling of landslide motion provides those design information, provided that the models used are correctly verified and calibrated. MANCARELLA and HUNGR (2010) carried out a series of granular avalanche experiments involving rapid flow of dry sand in a flume, arrested by a steep adverse slope. The barrier slope was varied and included a wall perpendicular to the flume. These laboratory experiments have been back calculated by means of the Particle Flow Code (Itasca Consulting Group) and the DAN Code. The purpose of the study was to verify if the codes used are capable of simulating the behaviour of granular avalanches run-up against protective barriers. In order to achieve appropriate results some modifications of the codes have been necessary. The original version of the numerical Lagrangian shallow flow dynamic analysis (DAN) had to be improved by an original velocity-smoothing algorithm to prevent numerical instability. In the case of PFC, the implementation of a rotational particle-particle damping has been necessary to get results coinciding with the laboratory experiments.