Von Pietro Rimoldi, unabhängiger Bauingenieurberater und Nicola Brusa, unabhängiger Bauingenieur bei Tailor EngineeringIn diesem Fachartikel schlagen die Autoren einen Rahmen für die optimierte Entwurfsmethode von geosynthetisch bewehrten Steinschlagschutzböschungen (RS-RPE) vor.Aufgrund der Variabilität von Geometrie, Bodenfüllmaterial, Böschungskonstruktion, verschiedenen Bewehrungsmöglichkeiten, Wechselwirkungen zwischen Boden und Bewehrung sowie dem dynamischen Verhalten des Bodens hat sich bisher kein einheitliches Bemessungsverfahren entwickelt.Derzeit sind die Bemessungsvorschriften oder Richtlinien für bewehrte Böschungen, die dynamischen Einwirkungen ausgesetzt sind, noch recht vage und basieren auf angenommenen Daten, die größtenteils von außerhalb des geotechnischen Bereichs stammen.Es gibt nicht viele spezifische Forschungsergebnisse zu diesem Thema, und keine analytische Formulierung hat sich als solide genug erwiesen, um Designern eine einfache und durchführbare Entwurfsmethode an die Hand zu geben.Die Autoren glauben, dass dieses Papier eine umfassende Analyse der Phänomene liefern kann, die bei hochenergetischen Einwirkungen auf RS-RPE beteiligt sind.Das Ziel dieses Papiers ist es, einen Rahmen für die optimierte Bemessung von RS-RPE zu entwickeln, der auf alle Situationen von praktischem Interesse in Bezug auf Bemessungseinwirkungen, Böschungskonfigurationen und Bewehrungsoptionen anwendbar ist.In diesem Artikel werden die Autoren nicht die verschiedenen Arten von Impakten, Arten von Steinschlagereignissen, die Analyse von Trajektorien oder die statistische Definition der Impaktmasse, -geschwindigkeit und -energie beschreiben, sondern sich ausschließlich auf die Auslegung des RS-RPE für konzentrieren die gegebene kritische Wirkung.In Teil 1 führt das Papier eine kritische Überprüfung der aktuellen Entwurfsmethoden und Richtlinien für RS-RPEs sowie eine Analyse der in der Literatur verfügbaren umfassenden Testforschungsprogramme ein, um die Mechanismen der Auswirkungen von Felsbrocken auf ein RS-RPE zu identifizieren und der Beitrag des bergauf gerichteten Systems zur Leistung der Struktur.Das Papier stellt daher das vorgeschlagene Designverfahren vor, das durch Design-Flussdiagramme weiter veranschaulicht wird.In der nächsten Ausgabe von GE, in Teil 2, werden die Autoren eine originelle Konstruktionsmethode für RS-RPE vorstellen, die hochenergetischen Felseinschlägen ausgesetzt sind.Unter Berücksichtigung eines völlig unelastischen Aufpralls ist es möglich, die Aufprallenergie zu berechnen, die die Druckverformung (den Krater) auf der Bergwand erzeugt, und die Restenergie, die sich zur Talseite ausbreitet und die Extrusion der Bergabwand erzeugt;es wird angenommen, dass sich die restliche Aufprallenergie in einem Diffusionskegel ausbreitet, der seitlich von der Aufprallfläche um einen Ausbreitungswinkel &agr; abweicht, während der Kegel oben und unten durch die horizontalen Flächen begrenzt wird, die die Aufprallfläche berühren.Der Widerstand gegen die Druckverformung bergauf, der durch das Verkleidungssystem bereitgestellt wird, wird durch einen empirischen Faktor berücksichtigt, der proportional zum Energieabsorptionsvermögen des Verkleidungssystems selbst ist.Der Widerstand gegen das Abwärtspressen wird durch den direkten Scherwiderstand des Bodens und durch den Auszugswiderstand der im Diffusionskegel enthaltenen Bewehrungsschichten bereitgestellt.Aus der Aufprallenergie und der Gesamtverformung (bergauf + bergab) lässt sich die durch den Aufprall auf die RS-RPE-Struktur erzeugte Horizontalkraft berechnen;diese Kraft wird dann verwendet, um die globalen, externen und internen Stabilitätsbedingungen zu überprüfen.In Bergen und hügeligen Regionen sind Infrastruktur und Menschen oft durch schnelle und zerstörerische Steinschlagereignisse bedroht.Während fallende Felsbrocken extrem hohe Geschwindigkeiten von bis zu 30 m/s haben können, beinhalten diese Ereignisse ein komplexes Bewegungsmuster (z. B. Loslösen, Fallen, Rollen, Rutschen und Aufprallen) eines oder mehrerer Gesteinsfragmente (Peila et al., 2007).Steinschlagschutzböschungen (RPEs) haben sich als sichere Maßnahme zum Schutz von Menschen, Bauwerken und Infrastruktur vor Steinschlagereignissen bewährt (Bild 1) und werden weltweit eingesetzt.RPEs können als unbewehrte oder bewehrte Bodenböschungen gebaut und so ausgelegt werden, dass sie mittlere bis hohe Aufprallenergien (1.000 kJ bis 30.000 kJ) absorbieren.Abhängig von ihren Eigenschaften könnten diese Strukturen mehreren Stößen standhalten.RS-RPEs können je nach Standort in verschiedenen Formen und Größen gebaut werden, wobei eine breite Palette von internen Verstärkungselementen (Geogitter, Geostreifen, Geotextilien und Stahlgitter) und Verkleidungssystemen (Wrap-around, Gabionen, Geozellen, Sandsäcke, Reifen usw.) verwendet werden usw.), von denen einige eine dämpfende Wirkung auf die Hangwand haben.Durch eine Kombination aus Verformung und innerer Verdichtung des Bodens sowie Zug- und Auszugswiderstand der geosynthetischen Bewehrung absorbieren RS-RPEs die Aufprallenergie der herabfallenden Gesteinsblöcke.Nach Peila et al.(2002) sind verstärkte Böschungen die am besten geeignete Lösung in den Bereichen, in denen erwartet wird, dass die fallenden Blöcke Volumen oder Geschwindigkeiten haben, die groß genug sind, um den maximalen Widerstand traditioneller Drahtgeflecht-Felsschutzbarrieren zu überwinden, oder wenn es um wichtige und kritische Infrastrukturen wie Berge geht Autobahnen oder Eisenbahnen sowie besiedelte Gebiete.RS-RPEs können gegenüber RPEs wichtige Vorteile bieten:Darüber hinaus ergeben sich bei der Verwendung von Geokunststoffen und insbesondere von Geogittern oder Geobändern als Bewehrungselemente folgende Vorteile:RS-RPEs werden seit mehr als 50 Jahren verwendet.Seit den 1980er Jahren wurden viele Forschungsarbeiten (siehe nächster Abschnitt) mit dem Ziel durchgeführt, ihr Design zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit der Struktur gegen den Aufprall.Ein Teil dieser Forschung wurde von Ingenieurbüros übernommen, entweder durch nationale Empfehlungen oder Entwurfsmethoden.Insbesondere wurden einige Empfehlungen zur Definition der Strukturgeometrie (Strukturhöhe und Ortsbrustneigung) veröffentlicht, und in den letzten zwei Jahrzehnten wurden mehrere technische Methoden entwickelt, um die Fähigkeit von RS-RPE, Stößen zu widerstehen, vorherzusagen.Obwohl sich die Entwurfsmethoden für Böschungen zur Beurteilung der Flugbahnkontrolle und der Aufprallstabilität verbessert haben, wurden eine Reihe von Einschränkungen festgestellt, wie unten erläutert.Das RS-RPE-Design sollte die während des Aufpralls auftretenden dynamischen komplexen Mechanismen berücksichtigen, die von der Aufprallenergie, den Dammmaterialien und geometrischen Eigenschaften, den Bewehrungseigenschaften und dem Layout (dh Abstand und Längs-/Querverteilung) abhängen.Folglich sind die verfügbaren analytischen Modelle für diesen Zweck noch nicht zufriedenstellend.Sie liefern keine guten Schätzungen von Aufprallkräften, Blockdurchdringung und Extrusion nach unten sowie von Energiedissipationskräften.Numerische Modelle und Finite-Elemente-Methoden (FEM)-Analysen wurden in diesen Jahren entwickelt, aber diese Methoden erfordern eine Validierung, die meistens auf kostspieligen Experimenten im realen Maßstab mit hohen Aufprallenergien basiert, um den realen Aufprall zu simulieren.Numerische Modelle könnten in diesem Fall für Forschungszwecke zusammen mit großmaßstäblichen Experimenten verwendet werden, um die analytischen Modelle für verschiedene Belastungsfälle zu verbessern.Numerische Modelle können nützlich sein, um die Auswirkungen von Blockstößen auf RS-RPEs zu bewerten, auch wenn solche Modelle häufig die bewehrte Bodenböschung als eine Bodenmasse mit erhöhter Steifigkeit darstellen, ohne die Bewehrungsart und -leistung zu berücksichtigen, die immer noch nicht angesprochen werden.Darüber hinaus erfordert eine zufriedenstellende Modellierung der Aufprallreaktion von RPEs die Definition konstitutiver Gesetze und mechanischer Eigenschaften, was im Allgemeinen schwierig ist, wenn man die impulsive und dynamische Natur der Aufpralllasten berücksichtigt.Daher basiert das RPE-Design bisher auf vereinfachenden Ansätzen, die die Dynamik nur in geringem Maße berücksichtigen.Darüber hinaus gibt es keine genauen Richtlinien für die Leistung von RS-RPEs.Die weltweit umfassendsten Richtlinien für RPEs sind die italienische (UNI 11211-4:2018) und die österreichische (ONR 24810:2020), auf die beide auch von der New Zealand Geotechnical Society (NZGS)/Ministry of Business Innovation & Beschäftigungsberatung (MBIE) (MBIE, 2016).In diesen Richtlinien können RPEs entweder mit Stahlelementen oder Geokunststoffen verstärkt werden, und es wird in diesen Dokumenten deutlich, dass Bewehrungsschichten die Fähigkeit eines Damms, Stößen zu widerstehen, erheblich verbessern.Die italienische Norm UNI 11211-4:2018 gibt Empfehlungen für die Eingabedaten, die für die Auslegung von RPEs erforderlich sind.Es wird jedoch nicht angegeben, wie die Eingabedaten zur Überprüfung der Strukturreaktion auf einen bestimmten Aufprall verwendet werden sollen;es wird lediglich angegeben, wie die Blockdurchdringung mit der RPE-Querschnittsbreite verglichen werden soll.Darüber hinaus beziehen sich diese Richtlinien auf den Fall eines bestimmten Einzelblockvolumens in einem bestimmten Freisetzungsgebiet.Das Design des RPE muss die Aufprallhöhe, die Blockgeschwindigkeit und die kinetische Energie des Designblocks, wie sie aus der statistischen Ausarbeitung von Flugbahnsimulationen erhalten werden, als das 95%-Perzentil der statistischen Verteilung dieser Parameter definieren.Der Standard empfiehlt, alle Blöcke eines bestimmten Release-Szenarios zu stoppen.Die Haupteinschränkung in dieser Norm besteht darin, dass keine Angabe für die RPE-Auslegung in Bezug auf den Blockaufprall gemacht wird.Die derzeit verfügbaren analytischen Methoden, die im Laufe der Jahre entwickelt wurden, basieren auf Blockdurchdringung oder Aufprallkraft, um Konstrukteuren einfach zu verwendende Werkzeuge an die Hand zu geben.Ihre Anwendbarkeit kann jedoch aufgrund der mit ihren Annahmen und Berechnungen verbundenen Unsicherheit eingeschränkt sein, die nicht unbedingt mit Geotechnik oder Felsmechanik zusammenhängen.Wie von Lambert & Kister (2017) erwähnt:Darüber hinaus wurden durch Vergleich der experimentellen Daten und der Ergebnisse, die mit den verfügbaren Analysemethoden und mit den verfügbaren numerischen Modellen erhalten wurden, die folgenden Hauptergebnisse erzielt (Peila et al, 2007):Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die analytische und theoretische Bewertung der Auswirkung des Aufpralls von Blöcken mit hoher kinetischer Energie auf eine bewehrte Bodenböschung aufgrund des plastischen Verhaltens des Bodens und der großen Verformungen, die während des dynamischen Ereignisses auftreten, sehr schwierig ist.In der Vergangenheit basierte das Design eines RS-RPE auf Berechnungen, die aus Tests zur Wirkung des Aufpralls eines Projektils gegen die Böschung oder aus Studien zum Aufprall fallender Blöcke auf mit einem Erdpolster bedeckten Felsschuppen abgeleitet wurden.Es wurde nur eine begrenzte Anzahl von Tests im Originalmaßstab durchgeführt (siehe nächster Abschnitt), um das Verhalten eines RS-RPE unter den realen Bedingungen des Aufpralls eines Felsblocks vollständig zu verstehen.Da RS-RPEs im Allgemeinen trapezförmige Querschnitte haben, im Aufprallzentrum 3 m bis 8 m dick sind und normalerweise aus reibungsfreiem Boden bestehen, der mit mehreren Schichten Geokunststoff mit Zugfestigkeiten im Bereich von 50 kN/m bis 300 kN/m verstärkt ist, und Stößen von Blöcken mit unterschiedlichen Formen (häufiger kubisch oder kugelförmig) ausgesetzt sind, die sich mit 1 m/s bis 30 m/s fortbewegen und eine Aufprallenergie in der Größenordnung von 1.000 kJ bis 30.000 kJ erzeugen, ist es klar, dass die oben genannten Modelle dies sind kaum anwendbar auf echte RS-RPEs.Die Ergebnisse von Großversuchen sind wichtig für das Verständnis des Verhaltens von RS-RPEs unter hochenergetischen Einwirkungen von Gesteinsblöcken, wie unten erläutert.Peila et al. (2002) führten großmaßstäbliche Tests mit Stößen durch, die von glattkantigen kubischen Felsbrocken aus Beton mit einem Gewicht von 5 t bis 10 t, einer Geschwindigkeit am Aufprallpunkt von etwa 31,7 m/s und einer kinetischen Energie von bis zu 4.354 kJ erzeugt wurden.FEM-Modelle der Aufpralltests wurden entwickelt, um das Verständnis der dynamischen Phänomene zu verbessern.Der Aufprall auf das in Abbildung 2(a) links gezeigte RS-RPE, verstärkt mit extrudierten Geogittern und umlaufender Verkleidung, erzeugte einen Krater auf der Hangseite mit einer maximalen Tiefe von etwa 1 m, während auf der Talseite eine große Verschiebung entstand von etwa 0,9 m beobachtet.Die maximal gemessene talseitige Verschiebung wurde durch die Bewehrung auf die beiden am Aufprall beteiligten Bewehrungslagen konzentriert bzw. begrenzt.Nach dem Test wurde die verstärkte Böschung ausgehoben und ein Spannungsriss beobachtet (Abbildung 2(b));Dieser Spannungsriss befand sich 0,6 m unter der Spitze und breitete sich dann im Inneren nach unten aus, wobei er fast der Form des Felsbrockens folgte.Der Spannungsriss war ca. 140mm breit.Der Spannungsriss trennte die Bodenmasse praktisch in zwei Teile.Abbildung 2 (a) (oben) Querschnitte des getesteten RS-RPE;Abbildung 2 (b) (unten) der Spannungsriss, wie er nach dem ersten Test beobachtet wurde (aus Peila et al, 2002).Der Spannungsriss trennte die Bodenmasse praktisch in zwei Teile.Nach den anderen beiden Aufpralltests, bei denen jeweils etwa 4.300 kJ entwickelt wurden, wurde gezeigt, dass eine solche Barriere bis zu drei hochenergetische Felsbrocken aufhalten kann, bevor sie zusammenbrechen.Der Einsturz war auf das Versagen der Bewehrungsschichten und den Verlust der Verdichtung im Bodenmedium zurückzuführen.Ein weiterer Aufpralltest wurde durchgeführt, um das Verhalten einer steilen, unbewehrten Böschung mit der gleichen Form und Geometrie wie die bewehrte zu bewerten;Die gesamte Struktur brach unmittelbar nach dem Aufprall zusammen, doch der Block wurde von der Böschung aufgehalten und stoppte seinen Flug, nachdem er etwa 1,5 m in die Vorderseite eingedrungen war.Die Verformungsmessung auf der Talseite war aufgrund des Einbruchs der Schüttung nicht möglich.Es ist wichtig zu beachten, dass die unbewehrte Böschung entlang zweier Flächen senkrecht zur Ortsbrust brach, also ohne seitliche Ausbreitung der Stoßlast.Ein zusätzlicher Test wurde durchgeführt, um den Einfluss der Stahlmatten-Vorsatzschalung (Abbildung 2(a) rechts) auf das globale Verhalten der Böschungen zu bewerten.Nach dem Einschlag wurde ein Krater mit einer maximalen Tiefe von 0,9 m gemessen, während die talseitige Verformung Verschiebungen von etwa 1 m aufwies, da die Geogitterumhüllung der Schichten drei und vier (von oben) herausgezogen und somit ermöglicht wurden große Verformungen stattfinden.Für die bewehrte Böschungskonstruktion wurde ein Versuch mit einer etwas schwächeren Bodenschüttung durchgeführt, um die Rolle der Bodenplastizität und -nachgiebigkeit in der Aufprall- und Nachaufprallphase zu bewerten.Der Felsbrocken erzeugte einen großen Krater mit einer maximalen Tiefe von etwa 2 m, der vier Bodenschichten umfasste.Talseitig wurde eine maximale Verschiebung von 0,8 m gemessen.Diese Tests zeigten deutlich, dass die Tiefe des Kraters auf der Hangseite und die Extrusion auf der Talseite bei gleicher Geometrie des RS-RPE von der Verstärkungseigenschaft und -anordnung, den Fülleigenschaften und der Art der Verkleidung auf der Hangseite abhängen .Die Tatsache, dass Geogitter während der Tests nicht brachen, bestätigt die Hypothese eines vollkommen elastischen Verhaltens der Bewehrung und einer erhöhten dynamischen Festigkeit und eines erhöhten Moduls unter stoßartigen Belastungen.In der Literatur sind weitere Tests im großen Maßstab verfügbar, und diese Veröffentlichungen bestätigen im Wesentlichen die obige Analyse, während sie zusätzliche Ergebnisse in Bezug auf verschiedene Arten von Verkleidungssystemen am Hang des RS-RPE liefern.Yoshida und Nomura (wie von Yoshida, 1999 berichtet) führten neun Tests mit Aufprallenergien zwischen 58 kJ und 2.700 kJ an einem RS-RPE mit einem Verkleidungssystem aus, das zwei Arten von mit Sand gefüllten Säcken umfasste (Abbildung 3).Diese Tests zeigten, dass ein Dämpfungssystem am Hang die Tiefe des Kraters verringern und die Instandhaltung der Hangstruktur nach dem Aufprall vereinfachen kann;auch wenn die Extrusion an der Talseitenfläche durch ein solches Doppelsacksystem nur geringfügig reduziert wurde.Abbildung 3. Von Yoshida und Nomura durchgeführte Tests an einem RS-RPE mit einem Verkleidungssystem, das zwei Arten von mit Sand gefüllten Säcken umfasst: (a) Skizze des Aufpralls von Geröll auf das RS-RPE;(b) Querschnitt des RS-RPE, der das Verkleidungssystem zeigt (nach Yoshida, 1999).Lambert et al. (2009) führten Tests an einer Struktur durch, die aus einer Sandwichwand bestand, die gegen einen bewehrten Erdwall gelehnt war (Abbildung 4).Die Gabionenkäfige bestanden aus einem sechseckigen Drahtgeflecht mit einer Maschenweite von 80 mm x 120 mm.Gabionenkäfige sind quaderförmig und in drei oder zwei Teile von 1 m3 unterteilt.Die Füllmaterialien waren grob- oder feinkörnige, nicht kohäsive Materialien.Letzterer bestand aus Sand allein oder als Mischung mit 30 Masse-% Altreifen.Lambert et al (2009) berichten, dass beim Aufprall die kinetische Energie des Findlings über die Druckwelle auf die Böschung übertragen wird.Es hat sich gezeigt, dass sich die Kompressionswelle innerhalb eines Kegels fortschreitend vom Aufprallpunkt zur gesamten Struktur ausbreitet.Beim Annähern an die Wand gegenüber der angeschlagenen Wand führte die Energiewelle zu einer erhöhten Erdverdrängung.Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mechanischen Eigenschaften der Materialien in der Nähe der Frontverkleidung die Felsbrocken-Struktur-Wechselwirkung und folglich die Aufprallkraft mit Folgen für die innerhalb der Struktur übertragene Spannung bestimmen, während die Eigenschaften der gesamten Struktur ihre Reaktion und Überlebensfähigkeit bestimmen die Stoßbelastung.Lambert et al. (2009) fügten hinzu, dass relevante Entwurfsmethoden in der Lage sein sollten, die Interaktion zwischen Felsblock, Struktur und Verkleidung sowie den sogenannten Stützpfeilereffekt des Rests der Struktur zu berücksichtigen.Abbildung 4. Von Lambert et al. durchgeführte Tests.(2009) auf einem RS-RPE mit einem Verkleidungssystem mit Gabionen, die mit groben und feinen Schüttungen gefüllt sind.Maegawa et al. (2011) führten Steinschlagtests an Böschungen in Originalgröße durch, die mit Geogittern verstärkt und durch eine 800 mm dicke Dämpfungsschicht aus Geozellen mit einer Zellhöhe von 150 mm geschützt waren, die mit Schotter von 5 mm bis 13 mm Durchmesser gefüllt war (Abbildung 5).Unter einer Aufprallenergie von 2,71 MJ hatte der Krater eine maximale Tiefe von 1.900 mm, während der maximale Vorsprung 441 mm betrug.Daher wird laut Maegawa et al. (2011) die Polsterschicht zwar beschädigt, um die Rolle eines Absorbers für die Böschung zu spielen, aber sie kann leicht wieder aufgebaut werden.Im Gegenteil, es ist nicht so einfach, die durch den direkten Einschlag eines Felsbrockens beschädigte Böschung zu reparieren.Daher ist eine Dämpfungsschicht nicht nur wirksam beim Schutz von Böschungen, sondern auch bei der Reduzierung der Lebenszykluskosten.Abbildung 5. Das von Maegawa et al. getestete RS-RPE.(2011), wobei das Verkleidungssystem aus Geozellen besteht: (a) (oberer) Querschnitt, der das Verkleidungssystem der Geozellen zeigt;(b) (unten) Abmessungen der getesteten RS-RPEsGreen (2019) führte Tests durch, bei denen Aufprallenergien über ein rollendes Bogey, das mit einem kugelförmigen Aufprallkopf ausgestattet war, auf das RPE übertragen wurden.Der Aufprallkopf bestand aus einer betongefüllten, stahlverstärkten kugelförmigen Stahlkuppel mit einem Durchmesser von 1 m.Das getestete RPE (Abbildung 6) verwendete eine modifizierte Konfiguration von Deichblöcken zusammen mit einer energieableitenden Schicht an der Hangseite, die aus sand- und felsgefüllten Gabionenkörben bestand.Die Betonblöcke waren 2 x 1 x 1 m groß und wogen etwa 5.000 kg.Die Gabionenkörbe waren 2 m mal 0,5 m mal 0,5 m groß.Auch wenn es sich bei der getesteten Struktur um ein unbewehrtes RPE handelt, ist sie interessant, da beide Seiten vertikal sind und es daher keine Veränderung des Querschnitts mit der Höhe gibt.Testergebnisse zeigten, dass, wenn der Aufprall näher an der Basis oder an der Spitze auftritt, die höheren oder niedrigeren vertikalen Spannungen auf der Gleitebene (die in jeder Höhe gleich ist) die widerstandsfähigen Scherspannungen erhöhen oder verringern.Daraus kann gefolgert werden, dass horizontalen Verschiebungen durch direkte Scherung an der Ober- und Unterseite des Gleitkegels entgegengewirkt wird, wenn keine Bewehrung vorhanden ist.Wenn eine Bewehrung vorhanden ist, wird horizontalen Verschiebungen durch Herausziehen der Bewehrungslagen innerhalb des Kegels entgegengewirkt.Sowohl bei direkter Scherung als auch bei Auszug nimmt der Widerstand ab, wenn der Aufprall näher an der Spitze liegt, da geringere vertikale Spannungen erzeugt werden.Daher erfolgt der Widerstand gegen Extrusion nach unten durch direktes Scheren im Falle keiner Bewehrung und sowohl durch direktes Scheren als auch durch Herausziehen im Falle einer verstärkten Böschung.Abbildung 6. (a) (oben) Querschnitt einer modularen Steinschlagschutzwand;(b) (unten) Testwand A nach Test 3 (gleitend, 750 kJ) (von Green, 2019)Wie von Lambert & Kister (2017) berichtet, kann die Reaktion des RPE auf den Aufprall bis zum Zusammenbruch als ein Vier-Phasen-Prozess beschrieben werden, wie von Lambert und Bourrier (2013) vorgeschlagen (Abbildung 7).Abbildung 7. Eine schematische 4-Phasen-Beschreibung der Reaktion des RPE auf den Aufprall bis zum Zusammenbruch (nach Lambert & Bourrier, 2013).Von links nach rechts: (a) Felseinschlagspur;(b) die Energiewelle erzeugt eine Kompression in der Bodenmasse angrenzend an den Felseinschlagsabdruck;(c) nach einer bestimmten Strecke erzeugt die Restenergie die Beschleunigung der Bodenmasse über den Krater hinaus und eine nach außen gerichtete horizontale Bewegung;(d) An der Grenze zwischen der komprimierten und der „gespannten“ Zone bilden sich Risse und die Bodenmasse wird in zwei Teile getrennt.Es ist klar, dass das Verhalten der verschiedenen oben erwähnten Mechanismen von der Aufprallenergie im Verhältnis zur Kapazität der Böschung, Energie zu absorbieren, abhängt.Bei niedrigen Aufprallenergien sind die zum Stoppen des Blocks erforderliche Durchdringung und die innerhalb der Böschung erzeugten Spannungen gering.Die Restverformung der abschüssigen Wand ist klein im Vergleich zur Blockdurchdringung.Die Aufprallenergie wird durch Verdichtung und Bodenzerkleinerung in der Nähe des Aufprallbereichs abgebaut, während sich nur ein kleiner Teil durch elastische Wellen ausbreitet.Bei höherer Aufprallenergie nehmen natürlich die Steindurchdringung und Spannungen innerhalb der Böschung zu.Die Verschiebung der Bergabwand nimmt zu, und bei schlanken Strukturen kann die Verschiebung progressiv zum Wert der Verschiebung der Bergwand tendieren.Und je dicker die Böschung ist, desto geringer ist die Verschiebung der Bergabwand.Es ist auch klar, dass dissipative Mechanismen durch Bodenverdichtung in der Nähe des Einschlagspunkts und durch Reibungsdissipation entlang von Scherebenen jenseits des Einschlagkraters auftreten.Die Gesamtenergiedissipation durch Bodenverdichtung bleibt während des Aufprallvorgangs vorherrschend, mit einem geschätzten Anteil von etwa 75 % bis 80 % der kinetischen Energie des Blocks.Der Einfluss der mit der Druckantwort, dem Reibungswinkel und der Einheitsmasse verbundenen Parameter auf das Verhalten der gesamten Struktur hängt von der Aufprallenergie, den Abmessungen der Struktur und den Randbedingungen der Struktur ab.Dieser Einfluss nimmt mit der kinetischen Energie des Blocks zu.Das Verhalten einer Böschung bei einem Steinschlagereignis hängt stark von der Aufprallhöhe ab, je näher der Aufprall an der Krone, desto höher die Eindringung, mit nachteiligen Auswirkungen auf die Bauwerksstabilität.Bewehrungslagen verbessern die Schlagfestigkeit eines Damms erheblich.Solche Bewehrungslagen aus Geogittern, Geobändern oder Geotextilien verteilen die Anpralllast entlang der Böschungsachse.Die Aufpralllast wird somit auf beabstandete Bodenmassen zu beiden Seiten der Aufprallfläche verteilt.Im Aufprallbereich erhöht die daraus resultierende Begrenzungswirkung der Bewehrungslagen den Durchdringungswiderstand der Böschung.Wenn die Verstärkung auch die abschüssige Seite des RPE betrifft, hält die Schicht außerdem die Verschiebung dieser Seite zurück und erhöht somit die Fähigkeit, dem Aufprall zu widerstehen.Abschließend ist festzuhalten, dass alle Tests zeigen, dass die Bewehrung zu einer Erhöhung des Lastausbreitungswinkels führt.Der vorgeschlagene Rahmen für das Design von RS-RPEs, der in den nächsten Abschnitten vorgestellt wird, steht im Einklang mit allen Beweisen für Mechanismen und Verhalten aus den Tests im großen Maßstab, wie oben erläutert.Die Autoren schlagen vor, dass das Design eines RS-RPE in folgenden Schritten durchgeführt werden sollte (siehe Abbildungen 8 und 9):1. Führen Sie eine Risikoanalyse durch, um die Größe, Form und Masse des Konstruktionsblocks zu definieren (Richtlinien finden Sie in ONR 24810 und UNI 11211).2. Definieren Sie die Position des RS-RPE unter Berücksichtigung seiner Längsausdehnung und Höhe in Bezug auf die potenziellen Trajektorien der Designblöcke und der zu schützenden Objekte oder Infrastrukturen (Richtlinien finden Sie in ONR 24810 und UNI 11211).3. Führen Sie eine statistische Berechnung der Blockbahnen durch, um die Blockgeschwindigkeit, die Aufprallhöhe und die kinetische Energie am Aufprallpunkt mit dem RS-RPE zu definieren (spezifische Softwarepakete sind verfügbar, z. B. Rocscience Rocfall 3, Geo Stru Geo Rock 3D usw.).4. Falls Trajektorien nicht mit der Böschungsposition und/oder -höhe übereinstimmen, gehen Sie zurück zu Punkt 2 und korrigieren Sie die Position und/oder Höhe des RS-RPE5. Erstellen Sie auf der Grundlage der unter Punkt 3 berechneten Bemessungsstoßdaten einen vorläufigen Entwurf des RS-RPE, einschließlich Geometrie, Art und Anordnung der Bewehrung, Art der Füllung und des Verkleidungssystems6. Führen Sie globale, externe und interne Stabilitätsanalysen unter Berücksichtigung des RS-RPE und des Hangs, auf dem es gebaut ist, unter statischen Bedingungen und, falls erforderlich, unter seismischen Bedingungen (vor jedem Aufprall) durch.Prüfen, ob die Grenzzustände der Tragfähigkeit (ULS) nicht erreicht werden (Einsturz des Tragwerks darf nicht auftreten);Alle Sicherheitsfaktoren müssen größer sein als die von den geotechnischen Normen für ULS-Analysen unter statischen oder seismischen Bedingungen geforderten Mindestwerte.7. Führen Sie dynamische Analysen der Designauswirkungen durch, mit der Bewertung der Eindringtiefe auf der Hangseite und der Extrusionslänge auf der Talseite, gemäß dem im nächsten Abschnitt vorgestellten Rahmen.Überprüfen Sie, dass die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit (SLS) nicht erreicht werden (Verformungen sollten andere Strukturen nicht beeinträchtigen und eine einfache Sanierung und Reparatur des RS-RPE ermöglichen);Beachten Sie, dass nur die horizontale Komponente der Aufprallgeschwindigkeit für die Bewehrungsbemessung relevant ist.Die folgenden SLS-Bedingungen sollten überprüft werden:8. Führen Sie globale, externe und interne Stabilitätsanalysen unter Berücksichtigung des RS-RPE und des Hangs, auf dem es gebaut ist, unter den dynamischen Kräften durch, die durch den Aufprall erzeugt werden, die gemäß dem im nächsten Abschnitt vorgestellten Rahmen definiert werden können.Überprüfen Sie, dass ULS (Zusammenbruch der Struktur) nicht erreicht werden;Alle Sicherheitsfaktoren müssen größer sein als die Mindestwerte, die von den geotechnischen Normen für ULS-Analysen unter transienten/impulsiven Belastungsbedingungen gefordert werden.9. Wenn eine oder mehrere Analysen (ULS und/oder SLS) nicht bestätigt werden, wiederholen Sie das Verfahren ab Punkt 5 und ändern Sie das Design des RS-RPE durch Versuche und Irrtümer.Bei der Erstellung des vorläufigen sowie des endgültigen Entwurfs des RS-RPE sollte Folgendes berücksichtigt werden:Abbildung 8: Flussdiagramm des passiven RPS (Rockfall Protection System)-Designprozesses (modifiziert von MBIE, 2016).Für das Design des RS-RPE folgen Sie dem Flussdiagramm in Abbildung 9.Grün, R. (2019).Entwicklung und Erprobung einer modularen Steinschlagschutzwand zur Minderung erdbebenbedingter Hanggefahren.NZ Geomechanics News, Ausgabe 98 – Dezember 2019.Lambert, S. und Kister, B. (2017).Analyse bestehender Steinschlagböschungen der Schweiz (AERES), Teil A. Irstea, Saint Martin d'Hères, Frankreich.Lambert, S. und Bourrier, F. (2013).Bemessung von Steinschlagschutzböschungen: A Review, Engineering Geology, 154, S. 77 bis 88, 2013.Calvetti, F. und di Prisco, C. 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