Способ укрепления лавиноопасного снежного покрова

Способ укрепления лавиноопасного снежного покрова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к противолавинным мероприятиям в горной местности, в частности, для укрепления лавинообразного снежного покрова. Цель изобретения - повышение надежности укрепления лавиноопасного снежного покрова. Способ заключается в формировании каналов в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности 2 склона 1. Каналы 5 формируют тепловым излучением на глубину, не меньшую расстояния от поверхности снега 3 до подстилающей поверхности 2 в данном месте склона. Поверхности стенок и дна каналов, а также лавиноопасного снежного покрова, размещенного между каналами , оплавляют. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Е 01 F 7!04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4836734/11 (22) 08.05.90 (46) 30,05.92. Бюл. N- 20 (75) Ф.P.Áóðõàíîâ и Н,М.Ефремов (53) 625.164 (088.8} (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1507896 кл. Е 01 F 7/04, 1987. (54) СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ЛАВИНООПАСНОГО СНЕЖНОГО ПОКРОВА (57) Изобретение относится к противолавинным мероприятиям в горной местности, в част+ ости, для укрепления лавинообраз Ы 1737061 А1 ного снежного покрова.. Цель изобретения— повышение надежности укрепления лавиноопасного снежного покрова. Способ заключается в формировании каналов в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности 2 склона 1. Каналы 5 формируют тепловым излученйем на глубину, не меньшую расстояния от поверхности снега 3 до подстилающей поверхности 2 в данном месте склона. Поверхности стенок и дна каналов, а также лавиноопасного снежного покрова, размещенного между каналами, оплавляют. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1737061

Изобретение относится к противолавинным мероприятиям в горной местности, в частности для укрепления лавиноопасного снежного покрова.

Известны способы удержания лавин путем создания защитных сооружений, свайных заграждений и др.

Однако строительство защитных сооружений в труднодоступной горной местности не всегда можно осуществить, главным образом из-за трудоемкости строительства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей

Недостатком этого способа является сложность формирования глубоких каналов в снежном покрове вследствие возможного соскальзывания плиты по склону, сравнительно невысокая прочность уплотненного слоя по краям каналов, из-за чего не всегда обеспечивается противостояние сходу лавин.

Недостатком указанного способа является его малая надежность. Так, например, перекосы и искривления штырей, застревание их в подстилающем слое или почве могут служить причиной отрыва троса, соединяющего устройство с вертолетом и даже привести к аварии вертолета.

Целью изобретения является повышение надежности укрепления лавиноопасного снежного покрова.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе укрепления лавиноопасного снежного покрова, заключающемся в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности склона, формируют каналы с уплотненными стенками, Каналы формируют тепловым излучением на глубину, не меньшую расстояния от поверхности снега до подстилающей поверхности в данном месте склона, причем поверхности стенок и дна каналов, а также лавиноопасного снежного покрова, размещенного между каналами, оплавляют.

Формирование каналов, оплавление поверхности выполняют лазерным лучом, генерируемым в ИК области спектра и перемещаемым по снежному покрову, причем при формировании каналов луч фокусируют на поверхность снежного покрова и выдерживают до образования канала, далее луч расфокусируют до величины гидравлического диаметра, не меньшей шага между каналами, и сплавляют поверхность снежного

5 покрова перемещением луча с соответствующей скоростью на расстояние, равное шагу между каналами, с циклическим повторением.

На фиг,1 изображен общий вид склона

10 с лавиноопасным снежным покровом и системой каналов, выполненных по предлагаемому способу; на фиг.2 — два соседних канала, продольный разрез; на фиг,3 — дано сечение склона, для которого выполнен при15 мерный расчет, На почве склона 1, имеющего крутизну а, располо>кена подстилающая поверхность

2, на которой лежит снег 3 толщиной I. В снежном покрове 3 образованы тепловым

20 излучением 4 каналы 5 с шагом а и глубиной

i. Каналы 5 имеют ледяные стенки 6, которые получились в результате оплавления снега в канале 5 и последующего смерзания жидкости, По этим же причинам на внешней

25 поверхности снега получается ледяная поверхность 7, Тепловым излучением 4 может быть лазерное или любое другое, например солнечное.

30 Под действием теплового излучения 4, например лазерного, в снежном покрове 3. (фиг,2) за счет его плавления в апертуре луча, формируются каналы 5, При этом стенки

6 каналов оплавляют как прямым воздейст35 вием, так и в результате внутреннего переотражения излучения в канале и воздействия рассеянным излучением. Водяные капли и пар, получившиеся под воздействием теплового излучения, проникают в

40 боковые сгенки 6 каналов 5. и замерзают на холодной сне;кной поверхности. При этом снежные зерна "цементируются" и на внутренних поверхностях стенок 6 образуется ледяная корка. Формирование каналов 5

45 проводят глубиной, не меньшей расстояния от поверхности снега до подстилающей по- . верхности 2 с тем, чтобы стенки 6 каналов были механически связаны с поверхностью

2 склона 1, иными словами поперек снежно50 му покрову на склоне будут установлены ледяные трубы, консольно закрепленные на склоне 1.

Связь с подстилающей поверхностью повышает устойчивость стенок каналов и кроме того способствует устранению образования горизонтального слоя "глубинной изморози", которая может образоваться в результате горизонтального движения теплого воздуха, исходящего от почвы.1 через

1737061 подстилающую поверхность 2 к нижним слоям снежного покрова 3.

Здесь подстилающая поверхность 2 рассматривается в виде твердого слоя, состоящего иэ ледяной корки, замерзшей травы или слоя смерзшегося снега.

Оплавление внешней поверхности снежного покрова 3 между каналами 5 приводит к образованию слоя талой воды, которая, проникая в снежную массу, через некоторое время образует толстую ледяную корку 7, механически связанную со стенками каналов. Эффективно процесс смерзания снега в каналах и на поверхности идет при отрицательных температурах воздуха.

При нулевых температурах воздуха идет образование так называемого фирна, имеющего повышенные механические характе, ристики,. а склонность их к лавинному сносу и ра ктически отсутствует.

Формирование каналов 5, например в шахматном порядке и оплавление снежного покрова 3 между ними, приводит к образованию жесткой "сети", накрытой на лавиноопасный снежный покров 3, прикрепленную через стенки каналов 6 к подстилающему слою 2.

В качестве теплового источника может быть использован, например, автономный газодинамический COz лазер, луч 4 которого дистанционно направляют на поверхность снежного покрова 3 в область наиболее вероятного движения лавин и перемещают по нему. B месте формирования каналов 5, излучение 4 фокусируют при помощи оптической системы и выдерживают. да образования канала, При этом время воздействия излучения при формировании канала 5 зависит от глубины канала L, плотности снега и выбирается равным или большим времени. необходимого для таяния и испарения данного объема снега, Затем с помощью оптической системы выполняют расфакусировку луча 4 до величины, при которой гидравлический диаметр излучения О оказывается не меньше шага а между каналами (Гидравлический диаметр 0г =, где F — площадь расфокуси4F рованного излучения на поверхности снежного покрова; П вЂ” периметр излучения). Производят оплавление поверхности 7 снега в течение времени, примерно равным времени формирования канала, далее луч перемещают на шаг между каналами 5 со скоростью; необходимой для плавления внешней поверхности 7 снежного покрова..

Затем излучение вновь фокусируют, проявляют канал 5, оплавляют внешнюю снежную поверхность 7 и т.д, до тех пор, прка не

20 будет укреплен весь склон. Диаметр канала 6, шаг а между каналами и другие необходимые параметры выбираются, как правило из. конкретных условий (толщины снежного покрова, располагаемой мощности теплового излучения, расстояния от этого источника до склона, размеров склона и т,п. параметров). Один из возможных вариантов;экого выбора приведен ниже в при-, мере исполнения предлагаемого способа

Ч: рез некоторое время в зависимости от температуры воздуха на снежном покрове образуется ледяная поверхность с отходящими от нее вглубь снежного покрова каналами, имеющими твердые и прочные внутренние стенки.

Рассмотрим конкретный пример, Известно, что лавинная опасность начинает проявляться при толщине снежного покрова ! = 0,3 — 0,5 м на склонах с крутизной а=

=15 — 40О. При этом .плотность снега может составлять p =30 кг/м и выше.

Пусть склон имеет крутизну а = 30, фиг.3, толщина снежного покрова! = 0,4 м, 25 плотность лежащего снега p = 150 кг/м, Тэк как сход лавин начинается с отрыва небольшого участка снежного .покрова, то примем размер "спускового" участка равным 5х10 м. Тогда вес G, лежащего на

30 данном участке снега G p . .ч = 3000 кг.

Сдвигающая сила Гсд., направленная вниз по склону, равна (фиг.3) Рсд. = G sly 30

=1500 кг.

Считая, что снежная масса сдвигается

35 вниз по склону без трения между подстилающей поверхностью и снежным покровам (что реально не так), определяем напряжение сдвига О,д, которое должны испытывать стенки каналов, т,е.

40 сд. брсд. — „"., (брсд, . где 5 — площадь поперечного сечения кольцевого канала;

К вЂ” число рядов каналов;

45 N — число каналов в ряду; (oj„-д — допустимое напряжение сдвига, которое равно (о1сд = 5480 кг/м (3, с.307).

Возьмем диаметр канала d = 8 см и толщину твердой стенки д = 1 см, тогда:

1500 с сд. 4 5480 (кг/м ).

25 10 К.N отсюда К N > 100; если К = 5, то N = 20.

Для того, чтобы удержать эту массу снега необходимо сформировать 100 каналов, например 5 рядов по 20 каналов в ряду. Эта оценка сверху, по максимуму каналов для этих условий, реально же учет трения между слоями, наличие механической связи стенок каналов с подстилающим слоем и оплавлен1737061

Фиг.1 ной внешней поверхностью уменьшает эту цифру в 2-3 раза.

Оценим величину тепловой энергии Q, необходимой Для формирования одного такого канала в снежном покрове Q = W . m, где W — энергия, необходимая для таяния и частичного испарения снега:

W =" 320 кДж/кг;

m — масса снега в данном канале;

m=v р= 0301 кг;

0=320 0,309=96,5 кДж.

Имея ИК-лазер, с помощью выходного излучения, например 20 кВт, можно сформировать один канал с приведенными выше размерами за время 5 с, Таким образом оценочные расчеты показывают, что предлагаемый способ является надежным и эффективным способом для предотвращения схода лавин, например, в труднодоступной горной местности.

Формула изобретения

1. Способ укрепления лавиноопасного снежного покрова, заключающийся в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности склона, формируют каналы с уплотненными стенками, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности укрепления лавиноопасного снежного покрова, каналы формируют тепловым излучением на глубину, не меньшую

5 расстояния от поверхности снега до подстилающей поверхности в данном месте склона, причем поверхности стенок и дна каналов, а также лавиноопасного снежного покрова, размещенного между каналами, 10 оплавляют, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют каналы и оплавляют поверхности лазерным лучом, генерируемым

15 в инфракрасной области спектра и перемещаемым по снежному покрову, причем при формировании каналов луч фокусируют на поверхность снежного покрова и выдерживают до образования канала, далее луч рас20 фокусируют до величины гидравлического диаметра. не меньшей шага между каналами. и оплавляют поверхность снежного покрова перемещением луча с соответствующей скоростью на расстояние, равное

25 шагу между каналами, с циклическим повторением.

1737061

Составитель Ф.Бурханов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О.Кундрик

Редактор Ю.Середа

Производственно-издательский комбинат "Патент",.г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1873 Тираж Подписное .:

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5