Обвалы горных пород: причины, моделирование и методы защиты
Rockfall
Обвал горных пород: что это такое? Причины и механизм обрушения камней с обрывов, крыш и скал. Отличие от оползней. Безопасность и геологические риски.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Камни, свободно падающие с обрыва, крыши или карьера.
Rocks fallen freely from a cliff, roof, or quarry
Каменный обвал – это количество/масса камней, свободно осыпавшихся с обрыва. Этот термин также используется для описания обрушения горных пород с крыши или стен шахт или карьеров. «Каменный обвал – это фрагмент скалы (блок), отделившийся в результате скольжения, опрокидывания или падения, который падает вдоль вертикального или почти вертикального обрыва, перемещаясь вниз по склону, отскакивая и летя по баллистическим траекториям или катясь по осыпям и обломкам». В качестве альтернативы, «каменный обвал – это естественное движение вниз отдельного блока или серии блоков небольшого объема, включающее свободное падение, отскоки, качение и скольжение». Механизм разрушения отличается от механизма обвала (оползня). В высокогорных районах обвалы могут быть вызваны оттаиванием скальных пород, содержащих вечную мерзлоту. Напротив, в низкогорных районах с более теплым климатом обвалы могут быть вызваны усиленным выветриванием, обусловленным отсутствием заморозков. Для решения этой задачи можно использовать различные подходы. Например, метод энергетической линии позволяет быстро оценить дальность распространения обвала. Численные модели, имитирующие распространение каменного блока, обеспечивают более детальную характеристику кинематики распространения обвальных масс. Эти инструменты моделирования особенно ориентированы на моделирование отскока каменного блока от грунта. Численные модели, в частности, предоставляют данные о высоте прохождения каменного блока и его кинетической энергии, необходимые для проектирования пассивных защитных сооружений.
A rockfall or rock fall is a quantity/sheets of rock that has fallen freely from a cliff face. The term is also used for collapse of rock from roof or walls of mine or quarry workings. "A rockfall is a fragment of rock (a block) detached by sliding, toppling, or falling, that falls along a vertical or sub vertical cliff, proceeds down slope by bouncing and flying along ballistic trajectories or by rolling on talus or debris slopes." Alternatively, a "rockfall is the natural downward motion of a detached block or series of blocks with a small volume involving free falling, bouncing, rolling, and sliding". The mode of failure differs from that of a rockslide. In higher altitude mountains, rockfalls may be caused by thawing of rock masses with permafrost. In contrast, lower altitude mountains with warmer climates rockfalls may be caused by weathering being enhanced by non freezing conditions. In this purpose, many approaches may be considered. For example, the energy line method allows expediently estimating the rockfall run out. Numerical models simulating the rock block propagation offer a more detailed characterisation of the rockfall propagation kinematics. These simulation tools in particular focus on the modeling of the rebound of the rock block onto the soil The numerical models in particular provide the rock block passing height and kinetic energy that are necessary for designing passive mitigation structures.
Смягчение
Как правило, события скальных обвалов смягчаются одним из двух способов: пассивным или активным смягчением. Пассивное смягчение направлено на уменьшение последствий скального обвала и обычно применяется в зонах отложения или разбега, например, с использованием драпировочных сетей, улавливающих ограждений, галерей, канав, насыпей и т.п. Сам обвал происходит, но предпринимается попытка контролировать его результаты. В отличие от этого, активное смягчение осуществляется в зоне инициации и предотвращает возникновение скального обвала. Примеры таких мер включают анкерование скал, системы укрепления склонов, торкретирование и т.д. Другие активные меры могут заключаться в изменении географических или климатических характеристик в зоне инициации, например, изменение геометрии склона, дренаж склона, облесение и т.п. Ряд авторов предложили руководства по проектированию пассивных мер, направленных на контроль траектории движения обломков.
Typically, rockfall events are mitigated in one of two ways: either by passive mitigation or active mitigation. Passive mitigation is where only the effects of the rockfall event are mitigated and are generally employed in the deposition or run out zones, such as through the use of drape nets, rockfall catchment fences, galeries, ditches, embankments, etc. The rockfall still takes place but an attempt is made to control the outcome. In contrast, active mitigation is carried out in the initiation zone and prevents the rockfall event from ever occurring. Some examples of these measures are rock bolting, slope retention systems, shotcrete, etc. Other active measures might be by changing the geographic or climatic characteristics in the initiation zone, e. g. altering slope geometry, dewatering the slope, revegetation, etc. Design guides of passive measures with respect to the block trajectory control have been proposed by several authors.
Влияние на деревья
Влияние обрушений горных пород на деревья можно заметить по нескольким признакам. Корни деревьев могут поворачиваться под действием вращательной энергии обрушения. Дерево может перемещаться под воздействием поступательной энергии. И, наконец, может происходить деформация – упругая или пластическая. Дендрохронология позволяет выявить перенесенные воздействия по отсутствующим годичным кольцам: кольца деревьев обрастают вокруг повреждения и смыкаются, а мозольная ткань видна под микроскопом. Макроскопический срез можно использовать для датировки событий, связанных с лавинами и обрушениями горных пород.
The effect of rockfalls on trees can be seen in several ways. The tree roots may rotate, via the rotational energy of the rockfall. The tree may move via the application of translational energy. And lastly deformation may occur, either elastic or plastic. Dendrochronology can reveal a past impact, with missing tree rings, as the tree rings grow around and close over a gap; the callus tissue can be seen microscopically. A macroscopic section can be used for dating of avalanche and rockfall events.