Диапазоны основных характеристик снежных лавин

Наименование показателей	Величина
Масса, m	От единиц до 107 т
Объем, V	От единиц до 107 м3

Окончание табл. 2.32

Наименование показателей	Величина
Скорость движения, v	Мокрых лавин – 10–20 м/с Сухих лавин – 20–100 м/с
Динамическое давление, pn	До 2 МПа
Дальность выброса, Lmax	До 2000 м
Повторяемость	0,01–20 ед./год
Плотность лавинного снега, ρ	Сухих лавин – 0,2–0,4 т/м3 Мокрых лавин – 0,3–0,8 т/м3
Высота фронта лавины, Нл	От долей метра до 10 м
Площадь сечения лавинного потока, м2	От единиц до 103 м2
Коэффициент K лавинной активности площади (отношение лавиноактивности площади к суммарной)	0,3–1,0
Коэффициент поражения дна долины (отношение поражаемой длины дна долины ко всей длине на данном участке)	0,2–1,0
Объем лавинных завалов на дне долин и дорогах	До 107 м3

Движение сухой лавины сопровождается снежно-пылевым облаком. Перемещение такого облака подобно течению тяжелого газа. В отдельных случаях (высокие скорости фронта лавины, высокая плотность снежно-пылевого облака) перед фронтом лавины возникает ударная волна. Воздействие ударной волны и снежно-пылевого облака сходно с действием воздушной ударной волны взрыва. Оно распространяется дальше границы выброса лавины.

Водонасыщенные лавинные потоки подобны гидравлическим потокам. Их действие рассчитывается так же, как действие воздухонасыщенной жидкости или селевой массы. Возможность достижения лавиной объекта оценивают по дальности выброса. Принято различать максимальную дальность выброса L_max (определяемую расчетом для наиболее неблагоприятных условий) и наиболее вероятную L_ср (среднемноголетнюю, определяемую по данным наблюдений).

Повторяемость схода лавин (особенно внутрисезонную) необходимо учитывать при планировании и выполнении работ в лавиноопасных районах. Лавины вовлекают в движение также породы, слагающие склоны. Они пропахивают на склонах крутостенные рвы с гладкими, отшлифованными бортами – лавинные лотки, которые сопровождаются лавинными прочесами – полосами, лишенными древесной растительности. Внизу, у основания склонов, скапливаются снесенные со склонов обломки, разбитые деревья, содранный дерн. Сильные лавины могут содрать рыхлые отложения на днищах долин, куда они спускаются, собрать эти отложения в гряды или забросить на противоположный склон долины, где из этих отложений образуются небольшие холмики.

На пологих склонах преобладает смещение верхней части «чехла» рыхлых отложений. Это может быть солифлюкция – быстрое течение переувлажненного, оттаявшего верхнего слоя грунтов. Солифлюкция характерна для районов вечной мерзлоты, но внешне похожий процесс течения переувлажненных грунтов – тропическая солифлюкция – происходит во влажных тропиках.

В пустынях встречается экстраординарная солифлюкция, возникающая при увлажнении возбухающих и начинающих течь при редких дождях грунтов, насыщенных солями. На склонах широко распространены крип и дефлюкция – медленное сползание или оплывание рыхлого грунта благодаря изменениям его температуры и увлажненности. Эти процессы происходят незаметно, породы сползают вместе с растительным покровом. Их можно заметить только в канавах, пересекающих склоны, по изгибанию корней растений и слоев пород.

В горных районах с резкими колебаниями температур и интенсивным физическим выветриванием пологие склоны и вершины гор покрыты скоплениями остроугольных обломков, носящих сразу несколько названий – курумы, каменные россыпи, каменные моря. Обломки перемещаются вниз по склонам под влиянием нескольких процессов: гравитационного скольжения по расположенному ниже их слою мерзлоты или льда, текущей в их толще воды, образования и таяния в курумах ледяных стебельков. Сползающие по понижениям обломки собираются в «каменные реки».

Для разработки мер защиты от лавин требуются разнообразные знания о распространении и геометрии лавинных очагов, генетических типах, повторяемости и многих других характеристиках лавин. Первоначально эти знания получаются путем прямых наблюдений в экспедициях или на снеголавинных станциях. По мере накопления фактических данных появляется возможность сопоставить показатели лавинной опасности с геоморфологическими и метеорологическими факторами лавинообразования, чтобы получить косвенные методы оценки лавинной опасности для иных районов по общим сведениям об их рельефе и климате. Тем самым закладывается основа географии лавин – направления, необходимого в стране с таким большим разнообразием природы гор какое имеется в России.

Физическая сущность лавин

Снежный покров имеет внутреннее сцепление и сцепление с подстилающей поверхностью. Силы сцепления удерживают его на склоне, а та часть силы тяжести снежного покрова, которая направлена параллельно склону, стремится сдвинуть его вниз. Под ее воздействием снежный покров сползает по склону. Когда эта сила становится больше сил сцепления, происходит обрушение покрова. Непосредственной причиной обрушения могут стать уменьшение одной или обеих сил сцепления, увеличение толщины, а тем самым, и веса снежного покрова, или комбинации этих событий, вызываемых различными метеорологическими причинами. Критическая высота снежного покрова h, при которой происходит его обрушение, зависит от внутреннего сцепления снега С, объемной массы снега g, коэффициента внутреннего трения в снеге tg j и угла наклона склона a следующим образом:

. (2.77)

При наклоне α = 34–45° критическая высота сухого снежного покрова, имеющего некоторое внутреннее сцепление и сцепление с подстилающей поверхностью, измеряется немногими дециметрами. Она возрастает до бесконечности при углах наклона около 20° (рис. 2.11). Если же силы сцепления уменьшаются, (что бывает при намокании снега), снежный покров не может удержаться и на более пологих склонах. Поскольку топографические условия накопления снежного покрова различны, а его высота и физико-механические характеристики изменчивы во времени, смещения снега по уклону также разнообразны.

На рис. 2.12 приведены основные виды смещений, подразделенные в зависимости от угла наклона подстилающей поверхности и от содержания воды в водно-снежной массе. Выделяются четыре вида быстрых смещений (обрушений): лавины, водоснежные потоки лавиноподобные, водоснежные потоки селеподобные (сели снеготаяния), паводки снеготаяния; два последних вида относятся по существу к категории водных потоков. При некотором сочетании факторов даже толстый снежный покров не теряет устойчивости, но сползает целиком и настолько быстро, что его давление может быть разрушительным для разных сооружений.

Рис. 2.11. Отношение критической высоты сухого снежного покрова h_i

на склонах с разными углами наклона к его критической высоте на склоне

с углом наклона (α) 40 %

Примечание: h₄₀ при значениях tgj = 0,36 (кривая 2) и tgj = 0,30 (кривая 1)

	Содержание воды, %
		0°

Рис. 2.12. Виды смещений снега в зависимости от угла наклона α° и

от содержания воды в снежной толще, достигшей критической высоты:

1 – снежные лавины; 2 – лавиноподобные водоснежные потоки; 3 – селеподобные

водоснежные потоки; 4 – паводки, снеготаяние; 5 – значительное сползание снежного покрова;

6 – устойчивый снежный покров; 7 – тонкий снежный покров

Различные причины нарушения устойчивости снежного покрова на склоне обобщаются в форме генетических классификаций лавин (табл. 2.33 и 2.34). Снежный покров, образующийся непосредственно во время снегопадов и (или) метелей, имеет минимальную плотность g (0,03–0,20 г/см³) и сцепление С. Если прирост высоты снежного покрова идет достаточно быстро (более 10 мм слоя воды в сутки), ее величина может превысить критическую еще до окончания снегопада (метели). В этом случае и образуются сингенетические, т. е. одновременные с выпадением снега, лавины (по классу и типу 1,1–1,3). Если же этого не произошло, новообразованный снежный покров претерпевает метаморфизм.

На первой стадии метаморфизм заключается в оседании снега под воздействием силы тяжести (на 0,1–0,2 начальной толщины), сублимационном округлении и смерзании зерен, образующих в итоге довольно прочную пространственную решетку. При этом снег уплотняется (0,3–0,4 г/см³), его внутреннее сцепление возрастает в несколько раз. Тогда для нарушения устойчивости снежного покрова на склоне требуются какие-то факторы, сильно уменьшающие его прочность и возбуждающие эпигенетические, т. е. образующиеся после выпадения снега.

Таблица 2.33