Zur Standsicherheit und Erosion von Böschungen - Bewertung und Vergleich von Stabilisierungsmaßnahmen für Bergehalden des Steinkohlenbergbaus in Vietnam

Fuchsschwanz, Marcus; Ziegler, Martin; Martens, Per Nicolai

doi:HT018591258

Zur Standsicherheit und Erosion von Böschungen - Bewertung und Vergleich von Stabilisierungsmaßnahmen für Bergehalden des Steinkohlenbergbaus in Vietnam = Investigation of Slope Stability and Erosion - Evaluation of Stabilization Measures for Waste Rocks Dumps from Coal Mining Activities in Vietnam

Fuchsschwanz, Marcus

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Marcus Fuchsschwanz

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

UmfangXX, 218 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Ziegler, Martin (Thesis advisor) ; Martens, Per Nicolai (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-01-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-006546
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/462441/files/462441.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/462441/files/462441.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
DDC (frei) ; Slope Stability (frei) ; Böschung (frei) ; Halde (frei) ; Erosion (frei) ; Nichtlinear (frei) ; non-linear (frei) ; Scherfestigkeit (frei) ; Shear Strength (frei) ; Vietnam (frei) ; Mining (frei) ; Hyperbel (frei) ; Rahmenschergerät (frei) ; mobil (frei) ; Shear Testing (frei) ; mobile (frei) ; Scherversuch (frei) ; Böschungsbruch (frei) ; Standsicherheit (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Im vietnamesischen Steinkohlenbergbau müssen zur Lagerung anfallenden Abraums große Bergehalden errichtet werden. Diese Bergehalden sind Ursache für zahlreiche Umweltprobleme und stellen teilweise eine Gefährdung für die Bevölkerung dar.Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Hilfsmitteln zur Planung und Bewertung von Stabilisierungsmaßnahmen dieser Bergehalden. Anhand einer Nutzwertanalyse werden zunächst die unter den angenommenen Randbedingungen und standortspezifischen Gegebenheiten sinnvollsten Maßnahmen für eine nachträgliche Stabilisierung der Bergehalden identifiziert.Durch Feld- und Laborversuche werden die zur Bewertung der Böschungsstandsicherheit erforderlichen Scherfestigkeits- und Materialparameter für das Abraummaterial ermittelt. Da eine lineare Auswertung der Versuche die Scherfestigkeit bei niedrigen Normalspannungen stark überschätzt, werden zusätzliche Versuche bei niedrigen Normalspannungen durchgeführt. Zur Abbildung des nichtlinearen Scherfestigkeitsverlaufes im niedrigen Normalspannungsbereich wird ein im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelter Ansatz einer Hyperbel an die Schergerade nach Mohr-Coulomb verwendet. Dieser Ansatz bildet die Grundlage für die Erstellung von Bemessungsdiagrammen für die Böschungsstandsicherheit.Die Beurteilung der Erosion erfolgt auf der Grundlage der Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Alle für die Anwendung erforderlichen Parameter für das Abraummaterial der untersuchten vietnamesischen Bergehalden werden bestimmt. Durch ein Monitoring von Erosionsrinnen vor Ort mit einem terrestrischen 3D-Laserscanner werden die Berechnungen mit tatsächlichen Messungen abgeglichen. Als Hilfsmittel zur Bewertung der Erosion der Böschungen der Bergehalden wird ebenfalls ein Bemessungsdiagramm erstellt.Am Beispiel einer konkreten Stabilisierungsmaßnahme wird eine Anwendungsmöglichkeit für die entwickelten Berechnungsansätze und Bemessungsdiagramme vorgestellt. Dabei werden verschiedene Stabilisierungskonzepte in einem Kostenvergleich gegenübergestellt und mit Hilfe der Berechnungsansätze die wirtschaftlichste Variante identifiziert.Abschließend wird als Ausblick eine weitere Anwendungsmöglichkeit durch Implementierung der entwickelten Berechnungsansätze in ein Geoinformationssystem (GIS) beschrieben. Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen ermöglichen diese eine verbesserte Berechnung der Böschungsstandsicherheit und der Erosion in einem GIS.

The coal mining activities in Northern Vietnam require the construction of large waste rock dumps for deposal of overburden. These waste rock dumps are the cause of many environmental problems and partially pose a threat to the population.The aim of this work is the development of tools for the design and assessment of stabilization measures for these waste rock dumps. Initially, a utility analysis is carried out to find the most appropriate stabilization measures, considering the local conditions and circumstances.The required material properties and shear strength parameters for the evaluation of slope stability are obtained from field and laboratory tests. It is found, that a linear approximation of standard shear test results overestimates the shear strength at low normal stresses. Thus, further shear tests are carried out at low normal stresses with a newly developed mobile shear testing device. A new approach is being developed to describe the nonlinear shear strength envelope at low normal stresses and improve the approximation of the shear test results. Based on this new nonlinear approach, several design charts are created and can be used for the evaluation of slope stability, depending on the slope geometry and the material properties.The evaluation of erosion is carried out using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). The required parameters for the material of the investigated Vietnamese waste rock dumps are determined and calculation results are matched with results from an on-site monitoring of erosion using a terrestrial 3D-laserscanner. Based on RUSLE calculations with these parameters, a design chart for the evaluation of erosion of the waste rock dump slopes is being created.As a possible application for the developed methods and design charts is presented, using the example of a realized dump stabilization measure. The evaluation approaches for the evaluation of slope stability and erosion are implemented in a cost comparison model to identify the most economical stabilization concept.As further application, the implementation of the developed approaches in a Geographic Information System (GIS) is outlined in an outlook. The new approaches allow an improved calculation of slope stability and erosion in a GIS.

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