Камнепады представляют собой стихийное бедствие, которое, по сравнению с другими опасными явлениями, обычно затрагивает лишь небольшие территории. Однако ущерб, нанесенный инфраструктуре или непосредственно пострадавшим лицам, может быть значительным и иметь серьезные последствия.
Поэтому важно обеспечить наилучшую возможную защиту на основе четких методов управления опасностями и рисками: проектирование и оценка эффективности систем защиты от камнепадов с обращением особого внимания на такие структурные контрмеры, как ограждения, стены, галереи, насыпь, рвы или леса.
Опасность (или риск) камнепада может быть оценена с использованием различных подходов, в зависимости от характеристик исследуемых районов. Опасность часто должна оцениваться вдоль коммуникационного (транспортного) маршрута, в этом случае часто используются полевые записи прошлых событий камнепадов.
Дополнительные трудности возникают, когда цель заключается в оценке риска (или опасности) в региональном масштабе для ограниченной территории или на всей территории. Как правило, кадастры существуют только в населенных пунктах. Следовательно, необходимо найти способы, позволяющие обнаружить источники опасности камнепадов при отсутствии инвентаризации или четких морфологических данных, таких как склоны кривошипов или изолированные блоки.
Для правильного проектирования и определения размеров мер важно знать величину ударных нагрузок и характеристики конструкций. Эти знания могут быть получены на основе анализа восприимчивости к обвалу, численного моделирования, экспериментов, моделей или существующих руководств, и содержать рекомендации по проектированию галерей крыш, ограждений, насыпей и лесов в качестве системы природной защиты.
Однако соображения, связанные с защитой от камнепадов, включают в себя не только меры структурной защиты, но и избегание инфраструктуры или зданий в районах, находящихся под угрозой.
Во-первых, необходимо выяснить, почему и где происходит высвобождение горных пород и каков их общий объем или протяженность. Начало падения горных пород также зависит от различных факторов, в большинстве случаев еще не определенных количественно, таких как погодные условия, циклы замораживания или сильные дожди.
Последующий анализ траекторий определяет области, которые должны быть защищены с помощью соответствующих мер. Чтобы объяснить их высокую чувствительность к небольшим изменениям ландшафта, таким как твердая порода, древесина, небольшие уклоны и т.д., обычно выполняется стохастический анализ, предпочтительно с оценкой точности результатов. Однако для быстрого предварительного анализа и оценки опасности камнепада также могут быть полезны более простые и ручные методы расчета против камнепада.
К ним относятся естественная защита с помощью лесов, полуестественные сооружения, такие как насыпь и рвы, и полностью искусственные сооружения, такие как ограждения, галереи или стены. Структурная часть этого вклада сосредоточена в основном на заборах и галереях.
Опасность обвалов
Опасность обвалов является основной причиной гибели в результате оползней, даже если речь идет об элементах риска с низкой степенью воздействия, таких как движение по автомагистралям.
Несмотря на то, что обвалы обычно имеют меньшие объемы по сравнению с другими типами оползней (например, обвалы/скальные лавины), они также наносят серьезный ущерб зданиям, инфраструктуре и спасательным линиям из-за их пространственной и временной частоты, способности легко выделять и кинетической энергии.
Эта проблема еще более актуальна в крупных альпийских долинах и прибрежных районах с высокой плотностью населения, транспортных коридорах и туристических курортах.
Опасность оползней
Определение опасности оползней было обозначено как вероятность того, что оползни заданной величины произойдут в данном районе в течение определенного временного интервала .
Это определение предусматривает понятия пространственного положения, временной частоты и интенсивности. Тем не менее, в случае долгосрочных оползней, таких как обвалы или лавины, определение вероятности возникновения должно учитывать концепцию распространения оползней. Это означает перенос оползневой массы и энергии от источника на максимальное расстояние стока до десятков километров для лавин и селевых потоков или несколько сотен метров для фрагментарных обвалов, характеризующихся плохим взаимодействием между падающими блоками объемом до 105 м3.
Элементы, подвергающиеся риску, не учитываются в определении опасности. Тем не менее, подходы к оценке опасности должны быть способны решать проблемы, характеризующиеся различным пространственным распределением потенциально уязвимых объектов, таких как точечные (дома), линейные (дороги, железные дороги) или ареальные (деревни).
Кроме того, мишени различной формы и размеров, вероятно, будут включать в себя различное количество траекторий, истекающих из различных источников обвалов, оказывающих влияние на локальный охват. Они отличаются друг от друга тем, как они учитывают частоту наступления обвалов или восприимчивость, предполагаемую вероятность достижения цели и объединяют их для получения количественных или качественных оценок опасности.
Вероятность возникновения
Частота событий заданной величины (объем) должна оцениваться с помощью статистического анализа кадастров событий обрушения с учетом определения подходящих соотношений магнитуда-частота.
Их также называют распределениями магнитудно-кумулятивных частот. Хотя этот подход хорошо зарекомендовал себя в области стихийных бедствий (например, землетрясений), его применение к опасным оползням ограничивается ограниченным наличием достаточных ресурсов.
В тех случаях, когда инвентаризации обвалов на конкретной площадке либо недоступны, либо ненадежны, анализ опасности обвалов может быть проведен только с точки зрения восприимчивости. Это относительная вероятность того, что любой блок склонов подвергнется воздействию в результате выпадения камней, учитывая ряд экологических условий.
Достигать вероятности и интенсивности
Вероятность и интенсивность обвала данной величины (объема) зависит от физики процессов обвала и рельефа местности. Наиболее простые методы, описывающие распространение камнепадов, основаны на методе угла тени, согласно которому максимальное расстояние перемещения блоков определяется пересечением рельефа с энергетической линией, имеющей эмпирически оцененный наклон.
К сожалению, при таком подходе отсутствует физическая модель процесса обвала и его взаимодействия с грунтом позади и оценивается только максимальная протяженность участков выпадения камней.
Многие существующие методологии оценки опасности оценивают вероятность и интенсивность с помощью цифрового моделирования в 2-D точках. Это обеспечивает более точное описание физики камнепадов и позволяет лучше оценить вероятность достижения цели (т.е. относительную частоту блоков, достигающих определенного местоположения цели) и пространственное распределение кинетической энергии).
Однако при двухмерном моделировании игнорируется геометрическое и динамическое воздействие трехмерного рельефа на обвал, что приводит к субъективному расширению результатов моделирования между смежными траекториями падения в двухмерном пространстве. Хотя это ограничение частично было преодолено путем введения псевдо 3D-допущений, было показано, что для учета боковой дисперсии трехмерных траекторий и соответствующего влияния на вероятность и интенсивность охвата требуется полное трехмерное цифровое моделирование. Тем не менее, имеется несколько методологий оценки опасности, основанных на трехмерном цифровом моделировании.
Опасное зонирование
Опасность камнепадов или зонирование уязвимости является заключительным этапом оценки опасности, ведущим к разработке документа, полезного для планирования землепользования, определения приоритетов финансирования или предварительной оценки соответствующих защитных мер. Основная проблема в зонировании опасных зон заключается в поиске согласованных критериев для объединения вероятности наступления или восприимчивости, достижения вероятности и интенсивности в картографическом документе, особенно когда невозможно оценить формальные вероятности.
Швейцарские директивы требуют, чтобы опасность камнепадов была зонирована в соответствии с вероятностью наступления (т.е. периодом возвращения) и интенсивностью (т.е. кинетической энергией). Определяли три опасных зоны: красную, синюю и желтую.
Тем не менее, они явно не учитывают вероятность достижения и пространственную изменчивость кинетической энергии.Была предложена методология основанную на 2-D численном моделировании, для картирования опасности в соответствии с вероятностью того, что блоки, вовлеченные в события с определенным периодом возврата, достигают определенного места вдоль 2-D профиля с заданной кинетической энергией.