Rock mass fall – rock avalanche design loads for railway track protection structures

ABSTRACT: On November 25th, 2012 a 53,000 m3 rock avalanche buried the Canadian National Railway (CN) main track at Mile 109.4, Ashcroft Subdivision, near Boston Bar, causing a 4 day service disruption. The rock avalanche resulted in the collapse of a 21 m long concrete rock shed for track protection. This paper describes the analyses carried out to derive impact loads for design of a new track protection structure including; i) description and characterization of the November 25th, 2012 event; ii) dynamic runout back-analysis; iii) forward-analysis to derive rock avalanche impact loads; and iv) interpretation of loads for structural design of a new composite barrier wall/rock shed structure. A modified version of the pseudo-three-dimensional runout analysis software DAN-W is used, allowing output of normal and shear stresses at the base of a sliding frictional mass. The software allows computation of centrifugal acceleration for each sliding mass element. Results show that peak normal and shear stresses are sensitive to sharp terrain breaks (i.e. changes of the terrain slope), due to centrifugal forces generated by the moving mass. Peak stresses occur in the frontal part of the rock avalanche. Stress magnitudes are sensitive to angle (or radius) of terrain break and incoming velocity. These findings were used to optimize the design of the new track protection structure to the loading from a rock avalanche hazard.

RÉSUMÉ: Le 25 novembre 2012, un éboulement avec un volume de 53,000 m3 a recouvert la voie de la compagnie des chemins de fer nationaux du Canada (CN) au Mile 109.4 de la subdivision de Ashcroft, près de Boston Bar; il engendra une interruption de quatre jours le long de cet important tronçon de la ligne est-ouest, en Columbie Britannique. L’ éboulement a détruit une gallerie de protection de 21 m. Cet article présente les analyses qui ont permis de calculer les forces d’impact pour le design d’une nouvelle gallerie de protection. Les analyses comprennent : i) caractérisation de l’éboulement du 25 novembre 2012; ii) analyse dynamique de propagation; iii) estimation des forces d’impact; et iv) design d’une nouvelle structure de protection formée d’un mur de soutènement combiné à une gallerie de protection. Nous avons utilisé une version modifiée du programme DAN-W, qui permet de calculer les contraintes normales et cisaillantes à la base d’une masse en movement. Ce programme calcule l’accélération centrifuge des éléments de la masse. Les résultats montrent que les contraintes normales et cisaillantes dépendent des changements abruptes de pente, en raison des forces centrifuges engendrées par la masse en mouvement. La contrainte maximale se situe à l’avant de l’éboulement. L’ampleur de la contrainte est fonction de l’angle (ou rayon) des changements de pentes et de la vitesse acquise. Ces résultats ont permis d’optimiser le design de la nouvelle structure de protection en fonction des forces engendrées par un éboulement potential.