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A. Preh:
"Steinschlag, Felssturz und Felslawine: Beobachtungen und Modelle";
Talk: 15. Tiroler Geotechniktag Naturgefahren, Innsbruck (invited); 2019-11-29; in: "15. Tiroler Geotechniktag Naturgefahren", H. Robert (ed.); Universität Innsbruck, Arbeitsbereich für Geotechnik und Tunnelbau, (2019).

Die von Felsböschungen ausgehenden schnellen Massenbewegungen mit großer Reichweite (runout) können entsprechend ihres Prozessverhaltens in Steinschlag, Felssturz, Felsgleitung und Felslawine untergliedert werden. Ihr Prozessverhalten wird in erster Linie vom Abbruchvolumen, vom Grad der Fragmentierung der bewegten Masse und der Morphologie und Beschaffenheit der Sturz- bzw. Gleitbahn bestimmt. Die Anfangsbedingungen (Anfangsgeschwindigkeiten usw.) dieser Prozesse hängen vom initialen Versagensmechanismus (Abbruchmechanismus) ab. Die Übergänge zwischen den Prozessen sind fließend. In der Natur können Prozessketten beobachtet werden, beispielsweise kann ein initiales Gleiten in einem Felssturz mit wenig Interaktion zwischen den Fragmenten resultieren, welcher in einem späteren Stadium in eine Felslawine mit flüssigkeitsähnlichem Verhalten (Sturzstrom / Massenstrom) übergeht.

Die Prognose der Reichweite und der Magnituden dieser schnellen Massenbewegungen gestaltet sich schwierig, da aufgrund der Komplexität der Prozesse starke Vereinfachungen bei den Berechnungsansätzen erforderlich sind. Ein gutes Prozessverständnis und klare mechanische Modelle sind daher bei der Entwicklung und der Wahl von Prognosemodellen entscheidend.

Für die Berechnung von Steinschlag steht eine Vielzahl von Trajektorien-Modellen zur Verfügung. Alle Steinschlagmodelle berechnen die Flugbahn der Felsfragmente nach der Lehre der Ballistik. Sie unterscheiden sich aber zumeist maßgeblich in der Berechnung des Rückpralls (der Restitution).
Für die Modellierung von Felsstürzen und Felsgleitungen (mit großer Reichweite) kommen zumeist diskontinuumsmechanische Berechnungsansätze auf Basis der Diskreten Elemente Methode (DEM) zum Einsatz. Gängige numerische Rechenmodelle zur Abschätzung der Ausbreitung von Felslawinen betrachten den Prozess als Massenstrom. Sie modellieren das komplexe Material der Sturzmasse als äquivalente Flüssigkeit oder mithilfe von zwei (bis drei) Phasen. Alle Modelle benötigen zur Ableitung von Prognoseparameter zahlreiche Rückrechnungen von gut dokumentierten Fallbeispielen unter Anwendung von zumeist aufwendigen Kalibrationsroutinen.

Der Vortrag präsentiert eine Klassifizierung der von Felsböschungen ausgehenden schnellen Massenbewegungen auf der Basis klarer mechanischer Modellvorstellungen und bietet einen Überblick über die derzeit zur Verfügung stehenden Prognosemodelle.

Felssturz, Felslawine, Steinschlag, numerische Modelle