SU1737061A1 - Способ укреплени лавиноопасного снежного покрова - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к противола- винным меропри ти м в горной местности, в частности, дл  укреплени  лавинообразного снежного покрова. Цель изобретени  - повышение надежности укреплени  лавиноопасного снежного покрова. Способ заключаетс  в формировании каналов в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности 2 склона 1. Каналы 5 формируют тепловым излучением на глубину, не меньшую рассто ни  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 , оплавл ют. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Фиг. 2

Изобретение относитс  к противола- винным меропри ти м в горной местности, в частности дл  укреплени  лавиноопасного снежного покрова.

Известны способы удержани  лавин пу- тем создани  защитных сооружений, свайных заграждений и др.

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

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ, заключающийс  в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности склона, формируютс  ка- налы с уплотненными стенками. Эти каналы выполн ютс , например при перемещении плиты с плавающими штыр ми, перпендикул рными к плоскости плиты, вдоль склона . При этом утрамбовываетс  снежный покров и одновременно выполн ютс  полые каналы. Плиту перемещают вдоль склона , например с помощью вертолета.

Недостатком этого способа  вл етс  сложность формировани  глубоких каналов в снежном покрове вследствие возможного соскальзывани  плиты по склону, сравнительно невысока  прочность уплотненного сло  по кра м каналов, из-за чего не всегда обеспечиваетс  противосто ние сходу ла- вин.

Недостатком указанного способа  вл етс  его мала  надежность. Так, например, перекосы и искривлени  штырей, застревание их в подстилающем слое или почве мо- гут служить причиной отрыва троса, соедин ющего устройство с вертолетом и даже привести к аварии вертолета.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности укреплени  лавиноопасно- го снежного покрова.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе укреплени  лавиноопасного снежного покрова, заключающемс  в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности склона, формируют каналы с уплотненными стенками Каналы формируют тепловым излучением на глубину, не меньшую рассто ни  от поверхности снега до подстилающей поверх- ности в данном месте склона, причем поверхности стенок и дна каналов, а также лавиноопасного снежного покрова, размещенного между каналами, оплавл ют.

Формирование каналов, оплавление поверхности выполн ют 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 образовани  канала, далее луч расфокусируют до величины гидравлического диаметра, не меньшей шага между каналами , и оплавл ют поверхность снежного покрова перемещением луча с соответствующей скоростью на рассто ние, равное шагу между каналами, с циклическим повторением.

На фиг.1 изображен общий вид склона с лавиноопасным снежным покровом и системой каналов, выполненных по предлагаемому способу; на фиг.2 - два соседних канала, продольный разрез; на фиг.З -дано сечение склона, дл  которого выполнен примерный расчет,

На почве склона 1, имеющего крутизну а, расположено подстилающа  поверхность 2, на которой лежит снег 3 толщиной I. В снежном покрове 3 образованы тепловым излучением 4 каналы 5 с шагом а и глубиной L Каналы 5 имеют лед ные стенки 6, которые получились в результате оплавлени  снега в канале 5 и последующего смерзани  жидкости По этим же причинам на внешней поверхности снега получаетс  лед на  поверхность 7.

Тепловым излучением 4 может быть лазерное или любое другое, например солнечное .

Под действием теплового излучени  4, например лазерного, в снежном покрове 3 (фиг,2) за счет его плавлени  в апертуре луча , формируютс  каналы 5. При этом стенки 6 каналов оплавл ют как пр мым воздействием , так и в результате внутреннего переотражени  излучени  в канале и воздействи  рассе нным излучением. Вод ные капли и пар, получившиес  под воздействием теплового излучени , проникают в боковые сгенки 6 каналов 5 и замерзают на холодной снежной поверхности. При этом снежные зерна цементируютс  и на внутренних поверхност х стенок б образуетс  лед на  корка. Формирование каналов 5 провод т глубиной, не меньшей рассто ни  от поверхности снега до подстилающей поверхности 2 с тем, чтобы стенки 6 каналов были механически св заны с поверхностью 2 склона 1, иными словами поперек снежному покрову на склоне будут установлены лед ные трубы, консольно закрепленные на склоне 1.

Св зь с подстилающей поверхностью повышает устойчивость стенок каналов и кроме того способствует устранению образовани  горизонтального сло  глубинной изморози, котора  может образоватьс  в результате горизонтального движени  теп- лого воздуха, исход щего от почвы 1 через

подстилающую поверхность 2 к нижним сло м снежного покрова 3.

Здесь подстилающа  поверхность 2 рассматриваетс  в виде твердого сло , состо щего из лед ной корки, замерзшей травы или сло  смерзшегос  снега.

Оплавление внешней поверхности снежного локрова 3 между каналами 5 приводит к образованию сло  талой воды, котора , проника  в снежную массу, через некоторое врем  образует толстую лед ную корку 7, механически св занную со стенками каналов. Эффективно процесс смерзани  снега в каналах и на поверхности идет при отрицательных температурах воздуха. При нулевых температурах воздуха идет образование так называемого фирча, имеющего повышенные механические характеристики , а склонность их к лавинному сносу практически отсутствует.

Формирование каналов 5, например в шахматном пор дке 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 СОа лазер, луч 4 которого дистанционно направл ют на поверхность снежного покрова 3 в область наиболее веро тного движени  лавин и перемещают по нему. В месте формировани  каналов 5, излучение 4 фокусируют при помощи оптической системы и выдерживают, до образовани  канала. При этом врем  воздействи  излучени  при формировании канала 5 зависит от глубины канала L, плотности снега и выбираетс  равным или большим времени, необходимого дл  та ни  и испарени  данного объема снега . Затем с помощью оптической системы выполн ют расфокусировку луча 4 до величины, при которой гидравлический диаметр излучени  Dr оказываетс  не меньше шага а между каналами (Гидравлический ди4 F аметр Dr , где F - площадь расфокусированного излучени  на поверхности снежного покрова; П - периметр излучени ). Производ т оплавление поверхности 7 снега в течение времени, примерно равным времени формировани  канала, далее луч перемещают на шаг между каналами 5 со скоростью, необходимой дл  плавлени  внешней поверхности 7 снежного покрова. Затем излучение вновь фокусируют, про вл ют канал 5, оплавл ют внешнюю снежную поверхность 7 и т.д. до тех пор, прка не

будет укреплен весь склон. Диаметр канала 6, шаг а между каналами и другие необходимые4 параметры выбираютс , как правило из конкретных условий (толщины

5 снежного покрова, располагаемой мощности теплового излучени , рассто ни  от этого источника до склона, размеров склона и т.п. параметров). Один из возможных вариантов такого выбора приведен ниже в при:

0 мере исполнени  предлагаемого способа.

Ч«рез некоторое врем  в зависимости от температуры воздуха на снежном покрове образуетс  лед на  поверхность с отход щими от нее вглубь снежного покрова

5 каналами, имеющими твердые и прочные внутренние стенки.

Рассмотрим конкретный пример, Известно , что лавинна  опасность начинает про вл тьс  при толщине снежного покрова

0 I 0,3-0,5 м на склонах с крутизной а 15-40°. При этом плотность снега может составл ть р 30 кг/м3 и выше.

Пусть склон имеет крутизну а 30°, фиг.З, толщина снежного покрова I 0,4 м,

5 плотность лежащего снега р 150 кг/м3 Так как сход лавин начинаетс  с отрыва небольшого участка снежного покрова, то примем размер спускового участка равным 5x10 м. Тогда вес G, лежащего на

0 данном участке снега G р v 3000 кг. Сдвигающа  сила Ред., направленна  вниз по склону, равна (фиг.З) РСд G -sin 30° 1500 кг.

Счита , что снежна  масса сдвигаетс 

5 вниз по склону без трени  между подстилающей поверхностью и снежным покровом (что реально не так), определ ем напр жение сдаига 7Сд, которое должны испытывать стенки каналов, т.е.

°СА :sJ r-McA

где S - площадь поперечного сечени  кольцевого канала;

К - чиспо р дов каналов;

N - число каналов в р ду;

Мед - допустимое напр жение сдвига, которое разно стЗсд 5480 кг/м3 3, с.307.

Возьмем диаметр канала d 8 см и толщину твердой стенки д 1 см, тргда;

0 5480 (кг/м2).

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

Дл  того, чтобы удержать эту массу сне- 5 га необходимо сформировать 100 каналов, например 5 р дов по 20 каналов в р ду. Эта оценка сверху, по максимуму каналов дл  этих условий, реально же учет трени  между сло ми, наличие механической св зи стенок каналов с подстилающим слоем и оплавлен5

0

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

Оценим величину тепловой энергии Q, необходимой дл  формировани  одного такого канала в снежном покрове Q W т, где W - энерги , необходима  дл  та ни  и частичного испарени  снега:

Л/ 320кДж/кг;

m - масса снега в данном канале;

m v р 0,301 кг;

Q 320 0,309 96,5 кДж.

Име  ПК-лазер, с помощью выходного излучени , например 20 кВт, можно сформировать один канал с приведенными выше размерами за врем  5 с. Таким образом оценочные расчеты показывают, что предлагаемый способ  вл етс  надежным и эффективным способом дл  предотвращени  схода лавин, например, в труднодоступной горной местности.

Claims (2)

1. Способ укреплени  лавиноопасного снежного покрова, заключающийс  в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности склона, формируют каналы с уплотненными стенками, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности укреплени  лавиноопасного снежного покрова, каналы формируют тепловым излучением на глубину, не меньшую

рассто ни  от поверхности снега до подстилающей поверхности в данном месте склона , причем поверхности стенок и дна каналов, а также лавиноопасного снежного покрова, размещенного между каналами,

оплавл ют.

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что формируют каналы и оплавл ют поверхности лазерным лучом, генерируемым

в инфракрасной области спектра и перемещаемым по снежному покрову, причем при формировании каналов луч фокусируют на поверхность снежного покрова и выдерживают до образовани  канала, далее луч расфокусируют до величины гидравлического диаметра, не меньшей шага между каналами , и оплавл ют поверхность снежного покрова перемещением луча с соответствующей скоростью на рассто ние, равное

шагу между каналами, с циклическим повторением .

а

Фиг.1

k

dx/г.З