Ước lượng xác suất về chiều cao và năng lượng động của đá lở dựa trên mô hình quỹ đạo ba chiều và mô phỏng Monte Carlo

Landslides - Tập 12 - Trang 757-772 - 2014
Renato Macciotta1, C. Derek Martin2, David M. Cruden1
1Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Canada
2Canadian Rail Research Laboratory, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Canada

Tóm tắt

Hệ thống đường sắt trải dài qua vùng Cordillera của Canada có lịch sử lâu dài về thiệt hại liên quan đến các mối nguy hiểm do mặt đất. Các mối nguy hiểm thường được báo cáo nhất là đá lở, chúng xuất hiện khắp nơi dọc theo các vách đá dốc cần thiết để phù hợp với hướng tuyến đường sắt. Một số biện pháp kiểm soát mối nguy có thể được áp dụng trong các khu vực có đá lở. Tuy nhiên, khi tần suất đá lở không thể kiểm soát được, các cấu trúc bảo vệ có thể là cần thiết để giảm thiểu các rủi ro liên quan đến đá lở xuống mức chấp nhận được. Thiết kế các cấu trúc bảo vệ yêu cầu phải biết chiều cao quỹ đạo và năng lượng động của đá lở. Thông tin này rất khó thu thập ngay cả tại những vị trí có hồ sơ về đá lở đầy đủ. Chúng tôi trình bày một phương pháp để tính toán chiều cao quỹ đạo và vận tốc của đá lở dựa trên mô phỏng đá lở ba chiều, khối lượng tập trung. Vị trí nguồn đá lở, các tham số mô hình và việc hiệu chỉnh mô hình cũng được thảo luận. Trong bối cảnh này, mô hình nên được hiệu chỉnh dựa trên các giá trị quan sát được về chiều cao và vận tốc của đá lở, và các tham số thiết kế nên được xác thực trước khi tiến hành thiết kế các biện pháp giảm nhẹ đá lở. Phương pháp này được minh họa với việc phân tích một đoạn đường sắt dọc theo vùng Cordillera của Canada. Hơn nữa, một phương pháp xác suất được áp dụng để tính toán chiều cao quỹ đạo và vận tốc của đá lở khi cắt ngang hướng tuyến đường sắt. Điều này nhất quán với sự biến đổi tự nhiên của quỹ đạo đá lở và thể tích khối đá rơi. Chúng tôi minh họa việc sử dụng các phân phối xác suất của vận tốc và thể tích đá lở để tính toán phân bố năng lượng động tại ba vị trí dọc theo đoạn nghiên cứu. Các chiều cao quỹ đạo đá lở được tính toán cũng được trình bày dưới dạng xác suất và được bàn luận. Các phân phối năng lượng động của đá lở được sử dụng để đánh giá loại cấu trúc bảo vệ có thể cần thiết để giảm thêm mức độ rủi ro.

Từ khóa

#đá lở #độ cao quỹ đạo #năng lượng động #mô hình ba chiều #mô phỏng Monte Carlo #phân phối xác suất

Tài liệu tham khảo

Agliardi F, Crosta GB (2003) High resolution three-dimensional numerical modeling of rockfalls. Int J Rock Mech Mining Sci 40:455–471 Azzoni A, de Freitas MH (1995) Experimentally gained parameters, decisive for rock fall analysis. Rock Mech Rock Eng 28(2):111–124 Bunce CM, Cruden DM, Morgenstern NR (1997) Assessment of the hazard from rock fall on a highway. Can Geotech J 34:344–356 Chiessi V, D’Orefice M, Scarascia Mugnozza G, Vitale V, Cannese C (2010) Geological, geomechanical and geostatistical assessment of rockfall hazard in San Quirico Village (Abruzzo, Italy). Geomorphology 119:117–161 Crosta GB, Agliardi F (2003) A methodology for physically based rockfall hazard assessment. Nat Hazards Earth Syst Sci 3:407–422 Cruden MD, Varnes JD (1996) Landslide types and processes. Landslides: investigation and mitigation, transportation research board (National Research Council). National Academy Press, Washington, D.C., pp 36–75 Dorren LKA (2003) A review of rock fall mechanics and modeling approaches. Prog Phys Geogr 27(1):69–87 Dussauge-Peisser C, Helmstetter A, Grasso JR, Hantz D, Desvarreux P, Jeannin M, Giraud A (2002) Probabilistic approach to rock fall hazard assessment: potential of historical data analysis. Nat Hazards Earth Syst Sci 2:15–26 Evans SG, Hungr O (1993) The assessment of rockfall hazard at the base of talus slopes. Can Geotech J 30:620–636 Fookes PG, Sweeney M (1976) Stabilization and control of local rock falls and degrading rock slopes. Q J Eng Geol 9:37–55 Giani GP, Giacomini A, Migliazza M, Segalini A (2004) Experimental and theoretical studies to improve rock fall analysis and protection work design. Rock Mech Rock Eng 37(5):369–389 Gigli G, Morelli S, Fornera S, Casagli N (2014) Terrestrial laser scanner and geomechanical surveys for the rapid evaluation of rock fall susceptibility scenarios. Landslides 11:1–14 Guzzetti F, Crosta G, Detti R, Agliardi F (2002) STONE: a computer program for the three-dimensional simulation of rock-falls. Comput Geosci 28(9):1079–1093 Guzzetti F, Reichenbach P, Ghigi S (2004) Rockfall hazard and risk assessment along a transportation corridor in the Nera Valley, Central Italy. Environ Manag 34(2):191–208 Hantz D, Vengeon JM, Dussauge-Peisser C (2003) An historical, geomechanical and probabilistic approach to rock-fall hazard assessment. Nat Hazards Earth Syst Sci 3:693–701 Harp EL, Dart RL, Reichenbach P (2011) Rock fall simulation at Timpanogos Cave National Monument, American Fork Canyon, Utah, USA. Landslides 8:373–379 Hoek E (2007) Practical rock engineering, 2007 electronic edition, RocScience, http://www.rocscience.com/education/hoeks_corner. Accessed 1 June 2013 Hungr O, Evans SG, Hazzard J (1999) Magnitude and frequency of rock falls and rock slides along the main transportation corridors of southwestern British Columbia. Can Geotech J 36:224–238 Hutchinson JN (1988) Morphological and geotechnical parameters of landslides in relation to geology and hydrogeology, state-of-the-art report. In: Bonnard C (ed) Proceedings of the fifth international symposium on landslides, Lausanne, vol 1. A.A. Balkema, Rotterdam, pp 3–35 Jones CL, Higgins JD, Andrew RD (2000) Colorado rockfall simulation program version 4.0 (for Windows). Colorado Department of Transportation, Colorado Geological Survey Lan H, Martin CD, Lim CH (2007) Rock fall analyst: a GIS extension for three-dimensional and spatially distributed rock fall hazard modeling. Comput Geosci 33:262–279 Lan H, Martin CD, Zhou C, Lim CH (2010) Rock fall hazard analysis using LiDAR and spatial modeling. Geomorphology 118:213–223 Leroi E (2005) Global rockfalls risk management process in ‘La Désirade’ Island (French West Indies). Landslides 2:358–365 Macciotta R, Martin CD (2013). Role of 3D topography in rock fall trajectories and model sensitivity to input parameters. In: Pyrak-Nolte LJ, Chan A, Dershowitz W, Morris J, Rostami J (eds) 47th US rock mechanics/geomechanics symposium, San Francisco, California, USA, 23–26 June. pp. 1–9 Macciotta R, Cruden DM, Martin CD, Morgenstern NR (2011) Combining geology, morphology and 3D modelling to understand the rock fall distribution along the railways in the Fraser River Valley, between Hope and Boston Bar. In: Eberhardt E, Stead D (eds) Slope stability 2011. Proceedings of the 2011 international symposium on rock slope stability in open pit mining and civil engineering. 18–21 September 2011. Canadian Rock Mechanics Association, Vancouver Macciotta R, Cruden DM, Martin CD, Morgenstern NR, Petrov M (2013) Spatial and temporal aspects of slope hazards along a railroad corridor in the Canadian Cordillera. In: Dight P (ed) Slope stability 2013: international symposium on slope stability in open pit mining and civil engineering, Brisbane, Australia, pp. 1171–1186 McTaggart KC, Thompson RM (1967) Geology of part of the Northern Cascades in Southern British Columbia. Can J Earth Sci 4:1199–1228 Paronuzzi P (1989) Probabilistic approach for design optimization of rockfall protective barriers. Q J Eng Geol 22:175–183 Peckover FL, Kerr JWG (1977) Treatment and maintenance of rock slopes on transportation routes. Can Geotech J 14(4):487–507 Perret S, Dolf F, Kienholz H (2004) Rockfalls into forests: analysis and simulation of rockfall trajectories—considerations with respect to mountainous forests in Switzerland. Landslides 1:123–130 Piteau DR (1977) Regional slope stability controls and related engineering geology of the Fraser Canyon, British Columbia. In: Coates DR (ed) Landslides—reviews in engineering geology, GSA, vol. 3, pp. 85–111 Ritchie AM (1963) Evaluation of rockfall and its control. Highw Res Board Rec 17:13–28 Rolland C, Prakash N, Benjamen A (1999) A multi-model view of process modelling. Requir Eng 4(4):169–187 Salciarini D, Tamagnini C, Conversini P (2009) Numerical approaches for rockfall analysis: a comparison. In: Anderssen RS, Braddock RD, Newham LTH (eds) Proceedings of the 18th world IMACS/MODSIM congress, Cairns, Australia, 13–17 July 2009. pp. 2706–2712 Spang RM, Rautenstrauch RW (1988) Empirical and mathematical approaches to rockfall protection and their practical applications. In: Bonnard C (ed) Proceedings of the fifth international symposium on landslides, vol 2. A.A. Balkema, Rotterdam, pp 1237–1243 Stevens W (1998) RocFall: a tool for probabilistic analysis, design of remedial measures and prediction of rockfalls. M.A.Sc. Dissertation, Department of Civil Engineering, University of Toronto, Ontario, Canada Ushiro T, Shinohara S, Tanida K, Yagi N (2000) A study on the motion of rockfalls on slopes. In: Proceedings of the 5th symposium on impact problems in civil engineering. Japan Society of Civil Engineers, pp. 91–96 Varnes DJ (1978) Slope movement types and processes. In: Schuster RL, Krizek RJ (eds) Landslides, analysis and control. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C. Special Report 176. pp. 11–33 Wang X, Frattini P, Crosta GB, Zhang L, Agliardi F, Lari S, Yang Z (2013) Uncertainty assessment in quantitative rockfall risk assessment. Landslides. doi:10.1007/s10346-013-0447-8