A2 Schnelle Erdrutsche und Massenströme

Thema

Hangrutschungen entstehen, wenn die Scherspannung, die den Boden mobilisiert, die Scherfestigkeit übersteigt, der der Boden oder das Gestein selbst widerstehen kann. Genau dieses Zusammenspiel dieser beiden Kräfte bestimmt den Sicherheitsfaktor des Hangs: Sinkt dieser Faktor unter eins, rutscht der Hang ab.

Starker Regen ist der häufigste Auslöser für diese Hangrutschungen: Beim Eindringen in den Boden erhöht er den Porenwasserdruck. Dieser Anstieg des Porenwasserdrucks verringert den effektiven Widerstand des Bodens gemäß dem Mohr-Coulomb-Kriterium und bringt den Hang näher an die zuvor beschriebene Bruchgrenze.

An bereits wassergesättigten Hängen kann derselbe Porenwasserdruck die scheinbare Kohäsion des Bodens vollständig aufheben. Dieser vollständige Verlust der Kohäsion löst planare oder translatorische Hangrutschungen aus, bei denen eine ganze Bodenmasse auf einmal entlang einer klar definierten Gleitfläche abrutscht.

Wenn sich das bei einem Erdrutsch mobilisierte Material mit Wasser vermischt, bestimmt die Feststoffkonzentration in diesem Gemisch die Art der Bewegung: Ein Gemisch mit höherem Feststoffanteil verhält sich wie ein Schuttstrom, ein weniger konzentriertes Gemisch wie ein Schlammstrom.

Verflüssigung tritt hingegen ein, wenn der Porenwasserdruck die maximale Scherspannung, der der Boden standhalten kann, vollständig übersteigt: Dann verliert der Boden seine gesamte Scherfestigkeit und verhält sich wie eine Flüssigkeit anstatt wie ein körniger Feststoff.

Die physikalischen Modelle, die diesen gesamten Prozess beschreiben, reichen von der Hangrutschungsanalyse, die untersucht, wie Regen einen Hang destabilisiert, bis hin zu den rheologischen Modellen von Bingham und Herschel-Bulkley, die beschreiben, wie das Material fließt, sobald der Erdrutsch zu einem Massenstrom geworden ist. So beginnt dieses Dokument mit dem Wettstreit zwischen Scherspannung und Widerstand und endet mit den rheologischen Modellen. Dabei werden auch Regen, der den Porendruck erhöht, Sättigung, die die Kohäsion aufhebt, und Verflüssigung, die den Boden in eine Flüssigkeit verwandelt, berücksichtigt. Erdrutsche und schnelle Massenströme führen dazu, dass ein scheinbar stabiler Hang bricht und innerhalb von Sekunden zu einer Masse aus Boden, Gestein und Wasser in Bewegung wird.

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