книги из ГПНТБ / Снежные лавины (прогноз и защита) [сб. ст
.].pdfРис.З. Изменение в |
течение |
зимы высоты - |
Н, м; плотности - |
||
У , г /см , |
и давления |
Ч- , кг/см^ |
снежного |
покрова |
|
в середине |
опытного |
щита № о : си - |
на высоте |
40 и |
|
ф2 - на высоте 140 |
см от |
поверхности склона. |
|
||
140
носборе около опытных щитов составляла о , 4 м. Первые изме
рения, проведенные 9 декабря, |
при высоте снекного |
покрова |
||
2 ,5 |
м показали, что давление |
снега колебалось от |
0,14 до |
|
0,22 |
на краю и от 0,03 до 0,06 кг/ом2 в оередине щита, |
|||
В декабре и январе ооадков снега не наблюдалось.Вследствие |
||||
уплотнения и частичного передувания снега метелевым пере |
||||
носом высота онекного покрова на опытной площадке к 21 ян |
||||
варя понизилась до 2,26 м. Несмотря на эт о ,за |
прошедшие 1,5 |
|||
месяца вследствие проявления ползучести давление онега на |
||||
щит продолжало возрастать и на высоте 27-47 |
см от |
поверх |
||
ности оклона повысилось до 0,26 на краю и до |
0,08 |
кг/см 2 |
||
в середине щита. |
|
|
|
|
|
С середины февраля по 15 марта вследствие снегопадов |
|||
высота снекного покрова в лавинооборе увеличилась |
до 3,38 м, |
|||
а 19 |
марта и г апреля она достигала 3,42 м и на I |
м перекрь |
||
вала высоту опытного щита. Вследствие повышения температуры воздуха,за период с 15 марта по 2 апреля температура снежно
го покрова на высоте I |
м от |
поверхности склона повысилась с |
||||||
- 2 ,8 ° |
до -1 ,8 °С , |
а на выооте |
2 м с -5 ,2 ° до -3 ,1 ° С . |
Измере |
||||
ния, проведенные |
в конце |
марта и начале |
апреля, |
когда высота |
||||
снежного покрова на площадке была примерно 3 ,4 |
м и плотность |
|||||||
его |
составляла |
0,26 -0,27 г/см 3 |
,показали, что давление снега |
|||||
на опорную поверхность |
щита за |
прошедший период повысилось |
||||||
почти в 2 раза, |
т .е . до |
0,45 |
на |
краю |
и 0,14 кг/сы ? в |
середи |
||
не щита. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В последующие дни апреля |
повышение температуры воздуха |
||||||
иначавшееся таяние снега обусловили уменьшение высоты снек
ного покрова перед щитами. Температура снекного покрова к |
|
13 апреля по всей глубине повысилась до |
0°С. На склоне време |
нами выпадали то мокрый снег, то дождь. |
Отмечалось дальней |
шее уплотнение и увеличение массы снега |
перед щитами. Так |
маоса снега,накопившегося перед опытным |
щитом к 23 апреля,до |
стигла максимального значения 93 кг сек^/м . |
|
|
|
Максимальные значения давления снега на щит зимой |
|
||
1970/71 гг. |
наблюдалиоь 23 апреля при высоте |
снекного покро |
|
ва равной 3,15 м и средней плотнооти снега 0,29 г/ом 3 . |
Вели |
||
чина давления снега в это время колебалась в |
пределах |
|
|
0 ,3 5 -0 ,5 5 |
кг/см 2 на краю и 0 ,0 9 -0 ,1 6 кг/ом2 |
в середине |
щита |
(ом. табл. |
1 ). В мае вследствие начавшегося |
интенсивного тая- |
|
9-1159 |
141 |
|
ния и уменьшения высоты |
снежного покрова происходило быстрое |
снижение его давления на |
щит, особенно в верхней части. |
результаты описанного эксперимента позволили также вын |
|
у т ь некоторые закономерности распределения давления снега |
|
по высоте и д^ддн.е онегоудерживающего щита. Давление снега рас пределялось по высоте щита, как показано на рис. 4 , неравно мерно. Яри этом величина и характер его распределения зави сели не только от высоты,но и от состояния снежного покрова.
Так, зимой I968/b9rrt , когда высота снежного покрова не превышала высоту щита,давление снега на его опорную поверх ность распределялось по высоте по нелинейному закону, возрас тая с глубиной.Как видно из рис. 4, интенсивность возрастания
Cj, с глубиной постепенно уменьшалась, и по |
мере приближения |
|
к поверхности склона величина |
стремилась |
к постоянному |
значению. |
|
|
Закономерности распределения |
и перераспределения давления |
|
снега по Еысоте щита наиболее полно удалось раскрыть в резуль тате наблюдений, выполненных зимами I969/7Q rr., и 1 9 7 0 /7 1 гг., отличавшихся большей снежностью.
Так, по измерениям 3 февраля 1970 г . , когда высота снеж
ного покрова составляла 1,5 м и была меньше высоты щита,эпюра давления имела вид,близкий к треугольнику;максимальное значе ние давления отмечалось на высоте 27-47 см от поверхности скло на (,см. рис. 4 б , кривая I ) .
По мере накопления снега перед щитом, его уплотнения и
проявления ползучести,увеличивалось давление на всех участках по высоте щита. Эпюра давления постепенно видоизменялась.
Начиная с 27 февраля по апрель, когда высота снежного покро ва была больше высоты щита,давление снега в верхней части щи та на высоте I 5 I -I7 I см от поверхности склона оказывалось на
20-25% больше, чем на высоте 89-109 и 139-149 см соответствен |
|
но С см . рис. 4 б , кривые 2 и 3 ) . Повышенное давление снега |
|
в верхней части щита в |
данном случае обусловлено влиянием |
частичного перетекания |
снега через верх щита. Однако макси |
мальное значение давления здесь также наблюдалось на высоте |
|
27-47 см от поверхности склона |
и, как видно из |
табл. I , |
по |
измерениям 23 апреля,достигало |
0,12 в середине |
и 0,40 |
кг/см^ |
на краю щита. |
|
|
|
142
Рис.4. Высота, плотность и стратиграфия снежного покрова зимой
1970/71ГГ. Распределение |
температуры 0°С и давления |
, |
кг/см^ снега по высоте |
в середине опытного щита №5 |
со |
сплошной опорной поверхностью в различные периоды снего
накопления: а) 1-20 |
марта |
и |
2-16 |
апреля |
1969 г . ; |
||||
б) |
|
1-3 февраля, |
2-20 |
марта, |
3-17 |
апреля |
и 4 -6 мая 1971г; |
||
в) |
|
I—18 декабря |
1970 |
г . , |
2-23 марта,3-23 |
апреля и |
|||
4-17 мая 1 9 7 Г г . |
|
|
|
|
|
|
|
||
I |
- |
свежевыпавший снег; 2 - |
среднезернистый снег; |
||||||
3 |
- |
мелкозернистый уплотненный снег; 4 - |
среднезер |
||||||
нистый снег с включением льда; 5 |
- |
среднезернистым |
|||||||
фирн; 6 -крупнозернистый фирн (3 -5 мм); |
7 - переход |
||||||||
ный горизонт глубинной изморози; |
8 |
- йгирнизированная |
|||||||
глубинная изморозь с включением льда; 9 |
- радиацион |
||||||||
ная корка льда. |
|
|
|
|
|
|
|
||
143
В период весеннего таяния и уменьшения высоты снежного |
|||
покрова перераспределялось и снижалось давление снега по |
|||
высоте |
щита» В частности, по наблюдениям 6 мая, когда высо |
||
та снежного покрова уменьшилась до |
1,8 м и оказалась мень |
||
ше высоты щита, давление снега в верхней части щита снизи |
|||
лось практически до нуля , а на более низких участках оно |
|||
продолжало возрастать.Максимальное значение давления снега |
|||
было отмечено на высоте 27-47 см от поверхности склона; |
|||
0,13 в |
середине |
щита. |
|
Аналогичные закономерности распределения давления снега |
|||
по высоте данного щита наблюдались |
также |
зимой 1970/71 гг. |
|
При этом, поскольку часть решетки щита сбоку и выше измери |
|||
тельных пластин была закрыта панелями из |
досок,эффекта влия |
||
ния перетекания снега через верх щита на величину давления не
отмечалось, как видно из рис. |
4 в , эпюры давления имели вид, |
|
|||
близкий к треугольнику с максимумом на высоте примерно 40 см |
|
||||
от поверхности склона. |
|
|
|
|
|
В результате анализа данных, полученных в |
эксперименте, |
|
|||
удалось также оценить влияние |
краевого |
эд и к та |
на неравномер |
|
|
ность распределения давления |
снега по |
длине |
щита. Вслед |
|
|
ствие обтекания щита с боков, |
в зависимости |
от |
местных физико- |
||
географических условий, давление снега на краю щита, по дан |
|
||||
ным швейцарских исследователей, может |
оказаться |
в 2 ,5 - 6 |
^ |
||
раз больше, чем в середине. В условиях эксперимента давление |
|
||||
снега на свободном краю опытного щита оказалось |
в '3 -4 раза |
|
|||
больше, чем в середине. |
|
|
|
|
|
Давление снега на снегоудерживающий щит |
|
|
|||
решетчатого типа |
|
|
|
|
|
Рассмотрим вначале результаты определения давления снега |
|||||
на различные участки по длине опорных балок опытного снего |
|
||||
удерживающего щита № 2 (табл. |
2 ) . |
|
|
|
|
Анализ эксперимента показал, что давление снега на опор |
|
||||
ные балки рассматриваемого щита, также |
как и на щит со сплош |
|
|||
ной опорной поверхностью, возрастало не только при увеличении снежного покрова,но и цри постоянной его высоте,вследствие изменения структуры,уплотнения и проявления ползучести снега. При этом интенсивность возрастания давления была непостоянной и изменялась во времени в соответствии с изменением режима
144
накопления и состояния снежного покрова на склоне»
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
|
Значение давления сползающего снега на опорные |
|||||||
|
балки опытного |
снегоудерживающего щита № 2 |
|
|||||
Год |
Высота |
Среда |
|
Давление |
снега |
Q .КГ/СМ2 |
||
дата |
сненнопо вы |
край щита на высоте К ,ом |
|
|||||
измере -го поксоте |
|
|||||||
ний ■ |
рова, |
плот |
край-датчик |
I |
между^датчика- |
|||
|
|
ность |
|
|
|
ми I |
|
|
|
Н,см |
снега |
40 |
80 |
12( |
40 |
80 |
120 |
|
|
|||||||
|
/г /с м 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1969/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
70 г. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ю.Ш |
250 |
0,23 |
0,34 |
0,30 |
0,21 |
0,28 |
0,26 |
0,19 |
1 1 .1У |
320 |
0,27 |
0,50 |
0,41 |
0,22 |
0,44 |
0,38 |
0,20 |
2 1 .1У |
300 |
0,31 |
0,76 |
0,48 |
0,25 |
0,54 |
0,40 |
0,22 |
6 .У |
180 |
0,33 |
0,85 |
0,46 |
0,15 |
0,65 |
0,42 |
0,13 |
' 1970/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
71г. |
|
|
|
— |
|
|
|
|
2 1 .1 |
226 |
0,29 |
0,25 |
— |
0,20 |
— |
_ |
|
2 3 .Ш |
333 |
0,28 |
0,50 |
_ |
0,35 |
|||
2 3 .1У |
315 |
0,30 |
0,90 |
_ |
_ |
0,60 |
_ |
|
2 3 .У |
180 |
0,32 |
0,50 |
|
- |
0,30 |
- |
|
середана да та,на выооте К ,см
—
_
-
0,14
0,23
0,38
0,24
Так, 10 марта 1970 г..измерения показали, что за пер
вые 12 дней, проведшие с момента установки измерительных опорных балок, когда высота снежного покрова была почти по
стоянной и составляла 2 ,5 м, давление снега на балки вслед ствие его уплотнения и проявления ползучести возросло до 0,21 -0,34 на участке между краем и датчиком I и до 0,19 -0,28
кг/ом 2 на участке между датчиками 1 -2 . С 29 марта по 5 апреля вследствие непрерывного снегопада высота снежного покрова
перед опытными щитами увеличилась до 3 ,2 м. По измерениям,
проведенным I I апреля,установлено, что за прошедший о 10 мар та период давление снега на балки 1 и 2 возросло почти в
1 ,5 |
раза |
и на свободном |
краю повысилось до 0 ,5 , а на учаот- |
ке |
между |
датчиками 1-2 - |
до 0,44 кг/см 2. |
Наиболее интенсивное возрастание давления снега на опор
ные балки наблюдалось с II по 21 апреля, когда на оклоне
выпадали осадки в виде дождя и мокрого снега,температура
снежного покрова повысилась до 0°С, а плотность увеличилась
145
до 0,31 г /см 3. |
За прошедшие |
10 |
суток |
давление снега |
на |
|
||
свободном краю |
балки I |
возрооло |
до |
0 ,7 |
6 , а на участке между |
|||
датчиками 1-2 - |
до 0,54 |
кг/ом 2 . |
|
|
|
|
|
|
Измерения,проведенные 21 апреля и 6 мая, показали, |
что |
|||||||
в связи о начавшимся таянием онега давление на балку |
3 |
, |
||||||
расположенную ближе к поверхности |
снежного покрова, начало |
|||||||
уменьшаться, а |
на опорные балки |
I |
и 2, |
расположенные |
блике |
|||
к поверхности склона, продолжало возрастать. |
|
|
||||||
Максимальное значение |
давления онега на балку I |
было |
||||||
отмечено 6 мая. Высота снежного покрова к этому времени по низилась до 1,8 м, а средняя плотность онега, наоборот, по
высилась до |
0,33 |
г /см 3.Давление снега на свободном |
краю |
|
балки , как |
видно из табл. 2 , |
достигло 0 ,8 5 , а на |
участке |
|
между датчиками |
1-2 составляло |
0 ,6 5 кг/ o i r . |
|
|
Аналогичные |
закономерности проявления и изменения во |
|||
времени давления снега на опорные балки опытного снегоудержи
вающего щита № 2 наблюдались зимой 1970/V lrr, когда большая
часть снега выпала в |
октябре-ноябре, а в январе .вследствие |
||||||||
уплотнения и метелевого переноса, |
высота снежного покрова о |
||||||||
2 ,6 |
понизилась |
до 2,25 м. Измерения,проведенные 21 января |
|||||||
1971 |
г . , |
при высоте снежного покрова 2,26 м и средней плотно |
|||||||
сти |
снега |
0,29 |
г /см |
3 , показали, |
что |
давление снега |
на |
||
свободном |
краю |
балки |
I |
составляло |
0,25 |
, а на участке |
между |
||
датчиками |
1-2 |
- |
0,20 |
|
кг/o i^ . |
|
|
|
|
|
С середины февраля по 15 марта, вследствие снегопадов, |
||||||||
снежный покров |
перед опытными щитами повысился до 3 ,4 |
м. Он |
|||||||
представлял собой многослойную толщу, состоящую из мелко-, средне- и крупнозернистого снега и слоя глубинной изморози
мощностью примерно 0,75 м у поверхности склона с кристаллами льда 1фупностью до 5 мм.Измерения, проведенные 23 марта, когда
плотность |
снега составляла |
в |
среднем 0,28 |
г/см 3 , а темпера |
||
тура его |
оказалась |
-1,9°С |
на |
высоте 0,75 |
м и |
-3 ,4 °С на вы |
соте 1,25 м от поверхности склона,показали, что давление |
||||||
снега на опорную балку I повысилось почти в 2 раза по срав |
||||||
нению с данными на 21 января и достигало 0 ,5 на |
свободном |
|||||
1фаю и 0,35 кг/ом 2 |
на учаотке |
между датчиками |
1-2 1см .табл .2;„ |
|||
Отметим, что 30 и 31 марта,слева и оправа от 1фаев дан |
||||||
ного щита, в толще |
онежного покрова были пройдены шурфы, |
|||||
в которых обследовались состояние и протекание |
онега между |
|||||
146
опорными балками. Измерения,проведенные в это время, показали,
что опорные балки щита оказались частично разгруженными от воздействия снега.
Наиболее интенсивное возрастание давления снега на опор ные балки наблюдалось в апреле (рис. Ь ). Вследствие повыше
ния температуры воздуха и снежного покрова, а также начавше
гося |
таяния сн ега , выпадавших в это время осадков в виде мок |
рого |
снега и дождя наряду о уплотнением и уменьшением высо |
ты снежного покрова отмечалось увеличение маооы снега перед опытными щитами. Как показали наблюдения, температура снеж
ного покрова по всей глубине к 13 апреля повысилась до 0°С и в дальнейшем почти не изменялась. Все перечисленное оказы вало существенное влияние на увеличение ползучести снега и повышение давления снега на опорные балки.
Максимальные значения давления снега на опорные балки
наблюдались в период с 13 по 23 апреля, при высоте онежного покрова 3,2 м и плотности снега на глубине заложения балок,
по которым цроводились измерения, 0,33 |
г/см 3 . |
Величина дав |
||
ления |
снега на свободном |
краю балки I , |
как видно из табл .2, |
|
в это |
время достигала 0 ,9 |
, а на учаотке между |
датчиками 1-2 - |
|
0 ,6 кг/см 2 .
В мае# вследствие интенсивного таяния и уменьшения высо ты снежного покрова, несмотря на увеличение его плотности,
происходило быстрое снижение давления снега на опорные балки. Измерения показали, что давление снега на опорную балку I к
23 |
мая понизилось до |
0 ,5 на свободном краю и до |
0 ,3 |
kt/ ci^ |
|
на |
участке между датчиками 1-2 |
(см . табл. 2 ). |
|
|
|
|
Из рассмотрения данных табл. 2 и графиков |
рис. |
6 видно, |
||
что |
давление снега |
на опорные |
балки распределялось |
по высо |
|
те щита неравномерно. Наибольшие значения давления зафикси
рованы на балке I , расположенной |
на высоте 40 см от поверх |
ности склона. Так, 10 марта 1970 |
г . , при высоте снежного пок |
рова 2 ,о м , и средней плотности |
0,23 г/см 3 ,давление снега |
на свободном краю ч на участке между датчиками 1-2 опорной балки I оказалось в 1,5 раза, а по данным II апреля, при
высоте |
снежного |
покрова 3 ,2 м и плотности 0 ,2 ? |
г /см 3 , |
при |
|
мерно |
в 2 ,5 |
раза |
больше, чем на опорную балку |
3 . Еще |
боль |
шая разница |
в неравномерности распределения давления |
снега |
|||
на опорные |
балки |
наблюдалась во второй половине апреля и |
|||
147
Рис.5 Изменение высоты снежного покрова - Н, м; давления
снега на |
краю опорной балки I |
- <^Кр |
и |
среднего |
давления |
на опорную балку I - |
Яi ср |
и |
балку 4 - Ч 2 ^ |
опытного |
щита № 2 зимой 1970/71хг. |
|
|
|
I *
особенно в мае, когда вследствие интенсивного таяния и умень шения высоты снежного покрова,снижалось давление на опорную балку 3 и возрастало давление на балки ,1 и 2 .
Результаты эксперимента показали, что давление снега по длине опорных балок оказалось неодинаковым, рис. 7 . Макси мальные значения давления получены на свободном краю балок и, как правило, на 20-30% были больше,чем между датчиками 1-2
и почти в 2 ,5 раза |
больше,чем в середине. |
Сопоставление |
результатов измерения давления онега на |
опорные балки опытного снегоудеркивашщего щита №2 с данными, полученными по опытному щиту № 5, показало, что при равных условиях величина давления снега на единицу площади опорной балки на свободном краю и в пролете оказалаоь почти в 2 раза больше, чем на единицу площади щита со оплошной опорной поверх ностью. Соглаонс указаниям швейцарских исследователей, вели
чина давления онега на опорную балку снегоудерживающего щита решетчатого типа должна определяться,как для щита со сплош ной опорной поверхностью с площади, равной сумме ширины просве та между балками и ширины самой балки. По этим соображениям фактическое давление онега на единицу площади опорной балки опытного щита № 2 должно было бы быть примерно в 8 раз боль ше, чем на единицу площади щита со оплошной опорной поверхно стью. Поскольку в условиях эксперимента эта разница оказалась значительно меньше, то очевидно, что на величину давления сне га на опорные балки существенное влияние оказывало протекание снега между балками, которое фактически.имело место.
Значения оил давления снега на опорные балки опытных снегоудерживающих щитов №2 и 8 , полученные в результате из мерений зимой 1970/7 Ггг , за наиболее характерные периоды снегонакопления, приведены в табл. 3.
Анализ данных показал, что по мере накопления снега перед опытными щитами величина оилы давления на опорную бал
ку возрастала как вследствие увеличения высоты снежного пок рова, так и вследствие изменения структуры, уплотнения и проявления ползучеоти снега. Наиболее интенсивное проявление оил давления снега наблюдалось по обоим щитам в апреле - на чале мая ( см. рио. 5 ).
Максимальные значения сил давления снега на опорные бал ки отмечались 23 апреля, при максимальной массе снега перед
149