RAMMS:Rockfall 在落石风险评估中应更多地考虑落石的形状

RAMMS:Rockfall在落石风险评估中应更多地考虑落石的形状

09/20/2021 | 克劳迪娅·霍夫曼|   新闻 SLF

来自SLF 和 ETH Zurich 的研究人员进行了四年的落石实验，汇编了迄今为止最全面的测量数据集。结果表明，轮状石头比立方体石头具有更广泛的横向扩展趋势。新发现对于风险评估和落石防护结构的尺寸设计非常重要。利用测量的数据，可以校准和进一步开发完善计算程序，以更好地模拟现实。

两名研究人员正在混凝土砌块内安装一个传感器，用于测量砌块滚下时的旋转和加速度。

落石是阿尔卑斯山国家瑞士的真正威胁。为了评估一个地方的风险并计划保护措施，工程公司使用计算机模型计算落石能滚动多远。然而，石头的质量、大小或形状在多大程度上影响了它的运动，以前的模型还不能充分考虑它。要做到这一点，他们必须得到真实世界的测量数据，但到目前为止只有少数一些数据，系统的全面的石头撞击调查数据还很缺乏。

首次综合实验

Flüelapass (GR) 的斜坡上有一块轮状的石头滚下。照片：Guillaume Meyrat，SLF

但现在，来自 WSL 雪崩研究所 SLF 和苏黎世联邦理工学院的研究人员已经进行了四年多的落石实验。“这使我们能够收集迄今为止最大的一组测量数据，”SLF 研究员兼该研究的主要作者 Andrin Caviezel 说。研究人员使用装有传感器的人造混凝土石头，让它们滚下附近的斜坡。在这样做的过程中，他们比较了不同的形状和尺寸，重建了落石完整的飞行路径和某些速度、跳跃高度和径流区域。他们刚刚在著名的《自然通讯》杂志上发表了他们的研究结果。

横向散射（侧移）

最重要的发现：石头滚动的方向更多地取决于它的形状而不是它的质量。虽然立方体形状的大块石头在下降的斜坡上轰隆作响，但轮状的石头运动轨迹经常会发生侧移。因此，它们可能危及斜坡脚下更广泛的区域。“在评估危险区域时必须考虑到这一点，而且在放置和确定落石网的尺寸时也必须考虑到这一点，”卡维泽说。因为轮状石头与落石网的窄边碰撞，它们的能量集中在比立方体石头小得多的区域 - 因此保护网必须更坚固。

在斜坡的航拍照片中，立方体形状的石头（重 2670 公斤）停下来的地方用蓝色标记 - 其中大部分位于一个狭窄的区域。红色十字标记触发点。插图：SLF立方石

相比之下，此处以紫色显示的轮状宝石（重 2670 公斤）最终分散得更广泛。插图：SLF

更逼真的模型

这些测量数据现在汇入 SLF 开发的模拟程序RAMMS::ROCKFALL。除了包含形状之外，目的是更真实地展示撞击和跳离地面如何影响石头的速度。“通过这种方式，我们可以提供一个改进的程序，工程办公室可以使用它来进行更可靠的计算，”Caviezel 说。此外，Envidat平台上的其他研究小组可以免费访问该数据集。他们可以用它来校准自己的算法或开发比以前更精确地描绘现实的新模型，并改善对落石的保护。

用数字来展示落石冲击试验

混凝土砌块数量：183 砌块
重量：45、200、800 和 2670 kg
重建轨迹数量：82
可用撞击：1394
最大跳跃高度：11.1 m
最大速度：30.3 m / s = 109 km / h

轮状（左）和立方体（右）混凝土砌块，每块重 2670 公斤。

SLF 研究员 Andrin Caviezel 正在准备 ETH 开发的传感器之一，这些传感器安装在石头中。

一架直升机将一块石头运送到斜坡顶部的释放点。

其中一个混凝土砌块位于倾斜平台上，不久之后它在倾斜平台的帮助下开始运动。

落石预报

落石轨迹路线取决于石头的形状、斜坡的陡峭程度以及斜坡上有哪些障碍。有了这些知识，来自苏黎世联邦理工学院的 WSL 研究人员能够为飞行路径创建计算机模拟，模拟软件带有恰如其分的名字“ RAMMS :: ROCKFALL ”，真实地模拟了虚拟石头的跳跃、滚动和滑动。

为使模拟尽可能逼真，模拟的石头不仅使用球体或长方体等简单形状，而且还使用真实的、不规则的石块形状。研究人员还在森林中进行了落石测试，这就是他们如何发现直立或倒下的树木的制动效果是什么。

当局和其他相关方可以使用RAMMS:ROCKFALL模拟程序创建所谓的危险地图，其中包含有落石风险的区域。ramms软件包还可以计算泥石流和雪崩。