Способ укрепления лавиноопасного снежного покрова Советский патент 1992 года по МПК E01F7/04 

Фиг. 2

Изобретение относится к противола- винным мероприятиям в горной местности, в частности для укрепления лавиноопасного снежного покрова.

Известны способы удержания лавин пу- тем создания 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 является способ, заключающийся в том, что в снежном покрове, лежащем на подстилающей поверхности склона, формируются ка- налы с уплотненными стенками. Эти каналы выполняются, например при перемещении плиты с плавающими штырями, перпендикулярными к плоскости плиты, вдоль склона. При этом утрамбовывается снежный покров и одновременно выполняются полые каналы. Плиту перемещают вдоль склона, например с помощью вертолета.

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 ла- вин.

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

Целью изобретения является повышение надежности укрепления лавиноопасно- го 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 поверх- ности 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 оплавляют поверхность снежного покрова перемещением луча с соответствующей скоростью на расстояние, 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, для которого выполнен примерный расчет,

На почве склона 1, имеющего крутизну а, расположено подстилающая 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 ледяные стенки 6, которые получились в результате оплавления снега в канале 5 и последующего смерзания жидкости По этим же причинам на внешней поверхности снега получается ледяная поверхность 7.

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

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 воздействием, так и в результате внутреннего переотражения излучения в канале и воздействия рассеянным излучением. Водяные капли и пар, получившиеся под воздействием теплового излучения, проникают в боковые сгенки 6 каналов 5 и замерзают на холодной снежной поверхности. При этом снежные зерна цементируются и на внутренних поверхностях стенок б образуется ледяная корка. Формирование каналов 5 проводят глубиной, не меньшей расстояния от поверхности снега до подстилающей поверхности 2 с тем, чтобы стенки 6 каналов были механически связаны с поверхностью 2 склона 1, иными словами поперек снежному 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 теп- лого воздуха, исходящего от почвы 1 через

подстилающую поверхность 2 к нижним слоям снежного покрова 3.

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

Оплавление внешней поверхности снежного локрова 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 фирча, имеющего повышенные механические характеристики, а склонность их к лавинному сносу практически 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 СОа лазер, луч 4 которого дистанционно направляют на поверхность снежного покрова 3 в область наиболее вероятного движения лавин и перемещают по нему. В месте формирования каналов 5, излучение 4 фокусируют при помощи оптической системы и выдерживают, до 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 расфокусировку луча 4 до величины, при которой гидравлический диаметр излучения Dr оказывается не меньше шага а между каналами (Гидравлический ди4 F аметр Dr , где F - площадь расфокусированного излучения на поверхности снежного покрова; П - 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

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

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

0 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

5 каналами, имеющими твердые и прочные внутренние стенки.

Рассмотрим конкретный пример, Известно, что лавинная опасность начинает проявляться при толщине снежного покрова

0 I 0,3-0,5 м на склонах с крутизной а 15-40°. При этом плотность снега может составлять 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 начинается 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. Сдвигающая сила Ред., направленная вниз по склону, равна (фиг.З) РСд G -sin 30° 1500 кг.

Считая, что снежная масса сдвигается

5 вниз по склону без трения между подстилающей поверхностью и снежным покровом (что реально не так), определяем напряжение сдаига 7Сд, которое должны испытывать стенки каналов, т.е.

°СА :sJ r-McA

где S - площадь поперечного сечения кольцевого канала;

К - чиспо рядов каналов;

N - число каналов в ряду;

Мед - допустимое напряжение 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.

Для того, чтобы удержать эту массу сне- 5 га 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 оплавлен5

0

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 т, где W - энергия, необходимая для таяния и частичного испарения снега:

Л/ 320кДж/кг;

m - масса снега в данном канале;

m v р 0,301 кг;

Q 320 0,309 96,5 кДж.

Имея ПК-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, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности укрепления лавиноопасного снежного покрова, 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.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что формируют каналы и оплавляют 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 образования канала, далее луч расфокусируют до величины гидравлического диаметра, не меньшей шага между каналами, и оплавляют поверхность снежного покрова перемещением луча с соответствующей скоростью на расстояние, равное

шагу между каналами, с циклическим повторением.

Изобретение относится к противола- винным 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.

а

Фиг.1

k

dx/г.З