Real-size experiments and 3-D simulation of rockfall on forested and non-forested slopes

Abstract

Abstract. Only a few rockfall simulation models take into account the mitigating effect of existing forest cover. The objective of our study was to improve the generic rockfall simulation model RockyFor, which does take the effect of forest stands into account, thereby developing a clear method for quantifying and modelling slope surface characteristics based on quantitative field data. To obtain these data we carried out 218 real-size rockfall experiments on forested and non-forested sites on a mountain slope in the French Alps. On the basis of a polygon map representing different diameter classes of the material covering the slope, we determine the mean obstacle height (MOH) for each homogeneous unit at the experimental sites. We proposed an algorithm for calculating the tangential coefficient of restitution using the MOH. Comparing the simulated and observed data from the real-size rockfall experiments showed that the 3-D combined deterministic-probabilistic rockfall simulation model RockyFor accurately predicted rockfall events on a non-forested (Root Mean Square Error = 17%) and a forested site (Root Mean Square Error = 12%). We conclude that for further improvement of rockfall-forest simulation on different slope types more quantitative data is required on (1) the energy dissipative capacity of shrubs and bushes (e.g. in coppice stands), (2) the effect of the slope material, (3) the rock shape as well as the rock size, and (4) the tangential and normal coefficient of restitution. Based on the presented results we can state that the RockyFor model could contribute to better taking into account the mitigating effect of the existing forest cover when planning protective measures.

Improving the Integration of Coppice Forest Protection in Rockfall Model

“…Plusieurs modèles numériques ont été développés a n de quanti er le rôle protecteur des forêts [Dorren and Berger, 2006, Christen et al, 2012. Cependant, seuls quelques modèles permettent de prendre en compte leur rôle de protection à partir de la distribution des arbres, du nombre de tiges et de la répartition des diamètres [Dorren et al, 2007,Volkwein et al, 2011.…”

“…Cependant, seuls quelques modèles permettent de prendre en compte leur rôle de protection à partir de la distribution des arbres, du nombre de tiges et de la répartition des diamètres [Dorren et al, 2007,Volkwein et al, 2011. La prise en compte du rôle de protection des forêts dans ces modèles est généralement réalisée en intégrant des relations mathématiques simpli ées, liant les conditions cinématiques incidentes et ré échies du bloc après impact contre un arbre en fonction du diamètre de l'arbre, de l'excentricité de l'impact, de l'angle d'impact et de l'espèce de l'arbre [Dorren and Berger, 2006, Jancke, 2012.…”

“…Ces dernières années, de nombreux travaux ont permis de développer des relations empiriques et des modèles numériques de prédiction de l'énergie perdue par un bloc après l'impact contre un arbre. [Dorren et al, 2006, Jancke, 2012 proposent des relations empiriques calculant l'énergie perdue par un bloc en fonction du diamètre de l'arbre impacté, de la hauteur et de l'excentricité de l'impact sur le tronc. Récemment, des méthodes de modélisation avancées de la réponse dynamique d'un arbre soumis à l'impact d'un bloc ont été proposées par plusieurs auteurs.…”

“…Plusieurs relations permettant de prédire les paramètres cinématiques ainsi que le changement de trajectoire d'un bloc après impact contre un arbre sont disponibles dans la littérature [Dorren and Berger, 2006, Dorren, 2012. Ces relations sont basées sur la prédiction de l'énergie perdue par le bloc en fonction du diamètre de la tige, de l'excentricité de l'impact, de l'angle de l'impact et de la hauteur d'impact du bloc.…”

Study on the support–anchor combined technique to control perilous rock at the source of avalanche by fracture mechanics

“…The effective friction coefficient of rock avalanches diminishes gradually as a function of the avalanche volume (Blasio, 2009). By considering the maximum obstacle height at the slope surface and the radius of the falling rock, one formula to estimate tangential coefficient of restitution was proposed by Dorren et al (2006). The sensitivity of lateral dispersion of rockfall trajectories on slope had been systematically evaluated as a function of macro-topographic, microtopographic and model special features by Crosta and Agliardi(2004).…”