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Physikalische und numerische Modellierung von Galerien mit einer Schutzschicht gegen Steinschlag

Abstract:

Steinschlag, als Sammelbegriff für gelöste und fallende Steine oder Felsblöcke im Gebirge, ist eine allgegenwärtige Naturgefahr in der Schweiz. Betonschutzgalerien werden im Allgemeinen gebraucht um die örtlichen Infrastruktureinrichtungen wie Strassen oder Schiene gegen Steinschlag zu schützen. Deckschichten aus lockergelagerten Sand oder Lehm werden aus ästhetischen Gründen auf den Galerien angeordnet. In wenigen Fällen werden diese Schichten auch planmässig eingesetzt um die bei einem Steinschlag entstehende Energie zu absorbieren. Die Energie die beim Aufprall von Felsblöcken oder Steinen entsteht ist der Hauptparameter im Entwurf der Schutzgalerie. Diese Aufprallenergie wird durch das Gewicht des Steins, die Fallhöhe und die Geschwindigkeit des Steins beeinflusst. Die grundlegende Situation ist in der Abb. 1 dargestellt. Um Deckschichten konsequent als Dämpfungsmaterial auf Galerien und oberflächennahen Tunneln im Gebirge zu benutzen, muss der Mechanismus der zur Energieabsorption führt verstanden werden. Dabei bildet die Kenntnis der mechanischen und geotechnischen Eigenschaften des Deckschichtmaterials einen wichtigen Ausgangspunkt. Die Schutzschicht nimmt Energie in der Form von Verdichtung, Reibung und Bruch in den Einzelkörnern des Deckschichtmaterials auf. Zur Erfassung der Mechanik der Galerie mit Deckschicht und aufprallendem Stein bzw. Felsblock müssen Modellierungen am gesamten "idealisiertem" Systemdurchgeführt werden. Dieses erfolgt am Institut für Geotechnik im im Rahmen eines Forschungsprojeckt mit Modellversuchen in der geotechnischen Zentrifuge in Zürich und numerisch mit den Programpaket LS-DYNA. In diesem Beitrag liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung eines vertikalen Aufschlags eines Steins auf die durch ein Dämpfungsmaterial geschützte Galerie.

Authors:

Chikatamarla, Ravikiran and Laue, Jan

Index Terms:

Soil; SoilGroup; centrifuge; steinschlag

Further Information:

Date published: 23.09.2003