Сравнительный анализ современного программного обеспечения для моделирования камнепадов

Безаварийное ведение работ является одной из ключевых потребностей горнодобывающей промышленности, так как помимо многомиллионных убытков из-за повреждения техники, оборудования и остановки технологических процессов авария может повлечь за собой человеческие жертвы. Согласно официальной статистике, камнепад при ведении открытых горных работ приводит к летальным последствиям в 19% случаев. В связи с этим на этапе проектирования должны быть предусмотрены меры по предотвращению случаев камнепадов. Для решения этих задач необходимо использовать специализированное программное обеспечение. Целью данной работы является проведение сравнительного анализа современных специализированных программных комплексов моделирования камнепадов для оценки возможных аварийных ситуаций при проведении открытых горных работ. Проведено сравнение двух современных программных комплексов для трехмерного моделирования камнепадов: RAMMS:Rockfall (Германия) и Rockyfor3D (Швейцария). Сравнение производилось путем создания различных сценариев камнепадов в каждом из программных комплексов с последующим сопоставлением с реальными данными, полученными на основании исследования реального камнепада. В качестве объекта исследования был взят камнепад, произошедший на западе Норвегии в деревне Holaviki в 1995 г.

Белов О. Д. Сравнительный анализ современного программного обеспечения для моделирования камнепадов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 3. – С. 155–169. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_3_0_155.

Белов Олег Дмитриевич — аспирант, e-mail: below2idknet@inbox.ru, НИТУ МИСИС.

1. Ritchie A. M. Evaluation of rockfall and its control // Highway Research Record. 1963, vol. 17, pp. 13—28.

2. Yang P., Shang Y., Li Y., Wang H., Li K. Analysis of potential rockfalls on a highway at high slopes in cold-arid areas (Northwest Xinjiang, China) // Sustainability. 2017, vol. 9, no. 414. DOI: 10.3390/su9030414.

3. Sassa K., Tsuchiya S., Ugai K., Wakai A., Uchimura T. Landslides. A review of achievements in the first 5 years // Landslides. 2009, vol. 6, pp. 275—286. DOI: 10.1007/s10346-009-0172-5.

4. Lambert S., Bourrier F. Design of rockfall protection embankments. A review // Engineering Geology. 2013, vol. 154, pp. 77—88. DOI: 10.1016/j.enggeo.2012.12.012.

5. Zangerl C., Evans K. F., Eberhardt E., Loew S. Consolidation settlements above deep tunnels in fractured crystalline rock: Part 1 — Investigations above the Gotthard highway tunnel // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2008, vol. 45, pp. 1195—1210. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2008.02.002.

6. Wolter A., Stead D., Clague J. J. A morphologic characterisation of the 1963 Vajont Slide, Italy, using long-range terrestrial photogrammetry // Geomorphology. 2014, vol. 206, pp. 147—164.

7. Stoel M., Tiranti D., Huggel C. Climate change impacts on mass movements — Case studies from the European Alps // Science of the Total Environment. 2014, vol. 493, pp. 1255—1266. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.02.102.

8. Ravanel L., Magnin F., Deline P. Impacts of the 2003 and 2015 summer heatwaves on permafrost-affected rock-walls in the Mont Blanc massif // Science of the Total Environment. 2017, vol. 609, pp. 132—143. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.07.055.

9. Aguilar M., Briones J., Carrión P., Chávez M. A., Morante F. Diseño de las soluciones de estabilización en el cementerio patrimonial de Guayaquil, Ecuador / Proceedings of the 17th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: «Industry, Innovation, and Infrastructure for Sustainable Cities and Communities», Montego Bay, Jamaica, 2019. DOI: 10.18687/ LACCEI2019.1.1.368.

10. Morante F., Aguilar M., Ramírez G., Blanco R., Carrión P., Briones J., Berrezueta E. Evaluation of Slope Stability Considering the Preservation of the General Patrimonial Cemetery of Guayaquil, Ecuador // Geosciences. 2019, vol. 9, no. 103. DOI: 10.3390/geosciences9030103.

11. Fell R. Landslide risk assessment and acceptable risk // Canadian Geotechnical Journal. 1994, vol. 31, pp. 261—272. DOI: 10.1139/t94-031.

12. Scavia C., Barbero M., Castelli M., Marchelli M., Peila D., Torsello G., Vallero G. Evaluating rockfall risk: Some critical aspects // Geoscience. 2020, vol. 10, no. 98. DOI: 10.3390/geosciences10030098.

13. Cagnoli B., Romano G. P. Effect of grain size on mobility of dry granular flows of angular rock fragments: An experimental determination // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2010, vol. 193, pp. 18—24. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2010.03.003.

14. Aguilar M., Torrens R. B., Bernal C. B., Bitar J. B., Mero P. C., Carballo F. M. Caracterización geomecánica y análisis de las afectaciones del macizo rocoso en el casco urbano de Zaruma, Ecuado / Proceedings of the 17th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: «Industry, Innovation, and Infrastructure for Sustainable Cities and Communities», Montego Bay, Jamaica, 2019. DOI: 10.18687/LACCEI2019.1.1.362.

15. R.H.O. Coal mine rock falls // Journal of the Franklin Institute. 1942, vol. 233, pp. 99—100. DOI: 10.1016/S0016-0032(42)91200-6.

16. Keylock C., Domaas U. Evaluation of topographic models of rockfall travel distance for use in hazard applications // Arctic, Antarctic, and Alpine Research. 1999, vol. 31, no. 312. DOI: 10.1080/ 15230430.1999.12003314.

17. Chan K. S., Lee Y. A fracture mechanics-based model for assessing the mechanical failure of nuclear fuel rods due to rock fall // Nuclear Engineering and Design. 2000, vol. 201, pp. 209—226. DOI: 10.1016/S0029-5493(00)00270-3.

18. Nicot F., Cambou B., Mazzoleni G. Design of rockfall restraining nets from a discrete element modeling // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2001, vol. 34, pp. 99—118. DOI: 10.1007/ s006030170017.

19. Guzzetti F., Crosta G., Detti R., Agliardi F. STONE. A computer program for the three-dimensional simulation of rock-falls // Computational Geosciences. 2002, vol. 28, pp. 1079—1093. DOI: 10.1016/S0098-3004(02)00025-0.

20. Agliardi F., Crosta G. B. High resolution three-dimensional numerical modelling of rockfalls // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003, vol. 40, pp. 455—471. DOI: 10.1016/S1365-1609(03)00021-2.

21. Corominas J., Copons R., Moya J., Vilaplana J. M., Altimir J., Amigó J. Quantitative assessment of the residual risk in a rockfall protected area // Landslides. 2005, vol. 2, pp. 343—357. DOI: 10.1007/ s10346-005-0022-z.

22. Guzzetti F., Reichenbach P., Wieczorek G. F. Rockfall hazard and risk assessment in the Yosemite Valley, California, USA // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2003, vol. 3, pp. 491—503. DOI: 10.5194/nhess-3-491-2003.

23. Dorren L. K. A., Berger F., Putters U. S. Real-size experiments and 3-D simulation of rockfall on forested and non-forested slopes // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2006, vol. 6, pp.145—153. DOI: 10.5194/nhess-6-145-2006.

24. Stoel M., Schneuwly D., Bollschweiler M., Lièvre I., Delaloye R., Myint M., Monbaron M. Analyzing rockfall activity (1600—2002) in a protection forest. A case study using dendrogeomorphology // Geomorphology. 2005, vol. 68, pp. 224—241. DOI: 10.1016/j.geomorph.2008.05.043.

25. Saroglou C., Asteriou P., Zekkos D., Tsiambaos G., Clark M., Manousakis J. UAV-based mapping, back analysis and trajectory modeling of a coseismic rockfall in Lefkada island, Greece // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2018, vol. 18, pp. 321—333. DOI: 10.5194/nhess-18-321-2018.

26. Fanos A. M., Pradhan B. A spatial ensemble model for rockfall source identification from high resolution LiDAR data and GIS // IEEE Access. 2019, vol. 7, pp. 74570—74585. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2919977.

27. Коновалов Е. А. Система защиты от камнепадов // Инженерная защита. — 2014. — № 4. — С. 58—63.

28. Коновалов Е. А., Сербо С. В. Борьба с камнепадами в Приморском крае // Инженерная защита. — 2014. — № 1. — С. 26—33.

29. Гнявали К. Р., Шреста Р., Бхаттараи А., Магар П. Р., Дхунгана А. Р., Сукупайо И., Думару Р. О необходимости инженерной защиты непальской горной дороги от камнепадов // Геоинфо. — 2022. — № 2. — С. 6—19.

30. Фольквейн А., Фулде М., Кригер-Хауксон И. Оценка возможностей и надежности гибких систем защиты от камнепадов // Геоинфо. — 2021. — № 7. — С. 42—47.

31. Горбачева Т. М. Обеспечение безопасности объекта под скалистым уступом от камнепадов: решение «Маккаферри» во Франции // Геоинфо. — 2022. — № 12. — С. 46—55.

32. Решетняк С. П., Фокин В. А., Тарасов Г. Е., Александров В. А., Тогунов М. Б., Данилкин А. А., Каира В. Е. Гравитационные аспекты обеспечения безопасности работ в прибортовой зоне карьера // Горный журнал. — 2005. — № 2. — С. 71—72.

33. Мелихов М. В., Чащинов Г. В. Применение технологии скейлинг для защиты карьерного автотранспорта от камнепадов // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. — 2017. — № 14. — С. 311—314.

34. Шубин Г. В., Заровняев Б. Н., Акишев А. Н., Лукин Э. Р. Защита транспортных берм от камнепада с уступов бортов глубоких карьеров // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2019. — № 2. — С. 243—252.

35. Horton P., Jaboyedoff M., Rudaz B., Zimmermann M. Flow-R, a model for susceptibility mapping of debris flows and other gravitational hazards at a regional scale // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2013, vol. 13, pp. 869—885. DOI: 10.5194/nhess-13-869-2013.

36. Sturzenegger M., Holm K., Carie-Ann L., Matthias J. Semi-automated regional scale debris flow and debris flood susceptibility mapping based on digital elevation model metrics and Flow-R software / 7th International Conference on Debris-Flow Hazards Mitigation. 2019, pp. 1—9.

37. Erfen H. F. W. S., Musta B. Rock endpoints and barriers estimation of slope failure in pinousuk gravel slopes using rocfall simulation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 1103, no. 1, article 012033. DOI: 10.1088/1755-1315/1103/1/012033.

38. Yuanyuan H., Lei N., Yan L., Wang H., Senfeng J., Xiaohan Z. The study of rockfall trajectory and kinetic energy distribution based on numerical simulations // Natural Hazards. 2021, vol. 106, pp. 1—21. DOI: 10.1007/s11069-020-04457-z.

39. Hengxing Lan, Martin C. D., Lim C. H. RockFall analyst: A GIS extension for three-dimensional and spatially distributed rockfall hazard modeling // Computers & Geosciences. 2007, vol. 33, no. 2, pp. 262—279. DOI: 10.1016/j.cageo.2006.05.013.

40. Zhan J., Yu Z., Lv Y., Peng J., Song S., Yao Z. Rockfall hazard assessment in the taihang grand canyon scenic area integrating regional-scale identification of potential rockfall sources // Remote Sensing. 2022, vol. 14, article 3021. DOI: 10.3390/rs14133021.

41. Noël F., Nordang S. F., Jaboyedoff M., Digout M., Guerin A., Locat J., Matasci B. Comparing Flow-R, Rockyfor3D and RAMMS to Rockfalls from the Mel de la Niva Mountain: A Benchmarking Exercise // Geosciences. 2023, vol. 13, p. 200. DOI: 10.3390/geosciences13070200.

42. Utlu M., Öztürk M. Z., Şimşek M., Akgümüş M. F. Evaluation of rockfall hazard based on UAV technology and 3D Rockfall Simulations // International Journal of Environment and Geoinformatics. 2023, vol. 10, no. 4, pp. 001—016. DOI: 10.30897/ijegeo.10323768.

43. Torsello G., Vallero G., Castelli M. The role of block shape and slenderness in the preliminary estimation of rockfall propagation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 833, no. 1, article 012177. DOI: 10.1088/1755-1315/833/1/012177.

44. Azzoni A., Labarbera G., Zaninetti A. Analysis and prediction of rockfalls using a mathematical-model // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1995, vol. 32, no. 7, pp. 709—724. DOI: 10.1016/0148-9062(95)00018-C.

45. Dorren L. A review of rockfall mechanics and modelling approaches // Organic Geochemistry. 2003, vol. 27, no. 1, pp. 69—87. DOI: 10.1191/0309133303pp359ra.