Способ укрепления лавиноопасного снежного покрова
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
