Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-491
Authors: Walter, Marco
Title: Seismische Untersuchung von Lockergesteins-Hangrutschungen und ihr Beitrag zum ganzheitlichen Verständnis der Hangdynamik
Other Titles: Seismic investigation of softrock-landslides and its contribution to the comprehensive understanding of slope dynamics
Issue Date: 2013
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-83108
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/508
http://dx.doi.org/10.18419/opus-491
Abstract: Der seit Jahren zu verzeichnende Klimawandel verursacht im immer zunehmenden Maße Massenbewegungen an Berghängen mit katastrophalen Folgen für die Bevölkerung, die Umwelt und die Natur. Neben den immensen wirtschaftlichen Schäden stellen derartige Hangbewegungen eine starke Bedrohung der in den betroffenen Regionen lebenden Menschen dar. Aus diesen Gründen werden die Erforschung derartiger Massenbewegungen und die Betrachtung aller relevanten Faktoren und Prozesse immer wichtiger, um zu einem umfassenden Verständnis dieser Bewegungsphänomene zu gelangen. Die eine Hangrutschung begünstigenden und auslösenden Prozesse werden dabei durch die Wechselwirkung hydrologischer, hydraulischer und bodenmechanischer Einflüsse auf unterschiedlichsten Zeit- und Raumskalen gesteuert. Im Rahmen der DFG-Forschergruppe „Kopplung von Strömungs- und Deformationsprozessen zur Modellierung von Großhang-bewegungen“ wird in der vorliegenden Arbeit unter Anwendung des Verfahrens Nanoseismic Monitoring das raum-zeitliche Auftreten seismisch erfassbarer Deformationsprozesse an Lockergesteins-Hangrutschungen untersucht. Die Untersuchungen wurden exemplarisch am Heumöser Kriechhang in Österreich und am Schlammstrom in Super-Sauze, Frankreich, im Rahmen einzelner Messkampagnen und durch Langzeitmonitoring durchgeführt. Dabei konnten unterschiedliche Prozesse seismisch erfasst und identifiziert werden: rutschungs-induzierte Bruchprozesse, Felsstürze, Signale durch Rissentwicklung und Frostbrüche. Der Fokus dieser Arbeit liegt im Wesentlichen in der Analyse von Bruchprozessen mit Magnituden von ML < 0.0, die in beiden Untersuchungsgebieten observiert werden konnten. Die synoptische Interpretation zeigt, dass deren Generierung maßgeblich von der jeweiligen Untergrundtopographie beeinflusst wird. Am Heumöser Hang häufen sich die Bruchprozesse in einem Hangbereich, der die geringsten Bewegungsraten an der Oberfläche zeigt, wohingegen am Schlammstrom in Super-Sauze die Mehrheit der Bruchprozesse in einem Hangbereich auftreten, in dem die höchsten Bewegungsraten an der Oberfläche observiert wurden. Die unterschiedlichen Beobachtungen können durch das Einbeziehen der jeweiligen Topographie des basalen Festgesteins begründet werden. In Super-Sauze wird die Untergrundtopographie von Festgesteinskämmen charakterisiert, die in Bewegungsrichtung des Hanges orientiert sind und das gesamte Hangmaterial kanalisieren. Im Gegensatz dazu befindet sich im Untergrund des mittleren Bereichs des Heumöser Hanges eine signifikante Festgesteinserhöhung, die mit Hilfe refraktionsseismischer Verfahren aufgelöst werden konnte. Diese Erhebung im Untergrund fungiert als eine Art Barriere, die das Hangmaterial akkumulieren lässt und somit zum einen für die geringen Bewegungsraten an der Oberfläche, als auch für die räumliche Häufung von Bruchprozessen in diesem Hangbereich verantwortlich ist. Am Schlammstrom in Super-Sauze wird diese Interpretation zusätzlich durch das verstärkte Auftreten von Rissstrukturen an der Hangoberfläche in Bereichen, wo die basalen Festgesteinskämme liegen, gestützt. Die Beobachtungen am Heumöser Hang und am Schlammstrom in Super-Sauze zeigt durch den synoptischen Vergleich mit Studien bzgl. der seismischen Erfassung von Bruchprozessen an der Slumgullion Hangrutschung (Colorado, USA), dass die Generierung von Bruchprozessen wesentlich von der Untergrund-topographie bzw. der lateralen Hangbegrenzungen beeinflusst wird. Das zeitliche Auftreten der beobachteten Hangprozesse steht dabei in keinem allgemein-gültigem Zusammenhang mit hydrologischen und geohydraulischen Einflüssen auf den jeweiligen Hangkörper. In einzelnen Messkampagnen zeigt sich zwar, dass z.B. Starkregen Hangprozesse vermehrt auslösen können, dies konnte allerdings nicht statistisch belastbar beobachtet werden. Dennoch werden im Rahmen dieser Arbeit mögliche Trigger-mechanismen analysiert und umfassend diskutiert. Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Hangprozessen konnten sowohl in Super-Sauze als auch am Heumöser Hang Signale beobachtet werden, die Felsstürzen zugeordnet werden konnten. Bei dem zerstörerischen Felssturzereignis am 10.05.2011 in der Nähe des Heumöser Hanges, wo sich ein geschätztes Volumen von 15.000 m3 aus dem massiven Felsverband löste, konnte mehrere Stunden vor dem Hauptereignis in dem Quellgebiet einzelne Signale beobachtet werden, die, vergleichbar mit den rutschungsinduzierten Bruchprozessen, als Spannungabbauprozesse und somit als ‚Vorläuferereignisse’ interpretiert wurden. Auch bei diesem großräumigen Ereignis sind die Faktoren, die letztlich den Felssturz ausgelöst haben, derzeit unbekannt.
The climate change is causing an increasing amount of mass movements on hillslopes with catastrophic consequences for populations, the environment and nature. Besides the ecological damages, these slope movements pose a huge threat for the people living in the affected areas. For these reasons, the research of such mass movements and the consideration of all relevant parameters and processes are becoming increasingly important in order to get a comprehensive understanding of these movement phenomena. Generally, the landslides promoting and triggering processes are controlled by the interaction of hydrological, hydraulic and soil-mechanical influences on varying scales in space and time. This study describes the analysis of the spatio-temporal occurrence of deformation processes on softrock-landslides by applying the method Nanoseismic Monitoring. The study was conducted within the DFG-research unit „Coupling of flow and deformation processes for modelling the movement of natural slopes“. The investigations were exemplarily carried out on the creeping Heumoes slope in Austria and the mudslide in Super-Sauze, France, by several field campaigns and long term measurements. During these campaigns, different processes were recorded and identified: slide-induced fracture processes, i.e. slidequakes, rockfalls, signals caused by fissure development and frost weathering processes. The focus of this work is basically the analysis of slidequakes with magnitudes of ML < 0.0, which were observed at both study areas. The synoptic interpretation shows that their generation is significantly controlled by the respective bedrock topography. At Heumoes slope, the slidequakes are clustered in a slope area where the lowest displacement rates at the surface were observed. By contrast, at the mudslide in Super-Sauze, the majority of slidequakes occur in the slope area with the highest average displacements at the surface. The different observations can be explained by the inclusion of the respective bedrock topography. In Super-Sauze, the bedrock is characterized by in-situ crests which are orientated in the direction of movement and channelize the sliding material. By contrast, the basal bedrock of the Heumoes slope shows a significant bulge which was observed by refraction seismics. This specific slope area is dominated by significant and abrupt changes of the bedrock topography, orientated more or less perpendicular to the movement direction of the entire slope that cause stresses to accumulate within the unstable material. Therefore, this barrier causes the lower displacement rates at the slope’s surface and the spatial cluster of observed slidequakes. At Super-Sauze, this interpretation is supported by the increased occurrence of fissure patterns at the slope’s surface in slope areas where the hidden in-situ crests control the slope’s behaviour significantly. Additionally, the comparison of the joint observations at Heumoes slope and at the mudslide in Super-Sauze with a study dealing with seismic investigations of slidequakes at the Slumgullion landslide (Colorado, USA), shows that the generation of slidequakes seems to be significantly controlled by the bedrock topography and the lateral boundaries in general. The temporal occurrence of the observed slope-related processes is not generally associated with hydrological and hydraulic influences to the respective investigated landslide. The influence of strong rain events to the slope stability was observed in single field campaigns, but could not be proven statistically. However, possible trigger mechanisms to slidequake generation are comprehensively analysed and discussed in this study. In addition to the described slope-related deformation processes, signals caused by rockfalls were observed and identified at Heumoes slope as well as at the mudslide in Super-Sauze. On May 10 2011, a destructive rockfall event with an estimated rock volume of approximately 15,000 m3 occurred in the vicinity of the Heumoes slope. Several hours before the event occurred, discrete signals located in the source area of the rockfall were observed, which show remarkable similarities to the slope-related slidequakes. Therefore, these signals were interpreted as precursory stress relief processes of the main event. Even on this large-scale event, the factors which finally caused the massive rockfall are currently unidentified.
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