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A Model For Snow-Slab Failure Under Conditions Of Dynamic Loading

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Jerome B. Johnson*
Affiliation:
Oceanographic Services, Inc., P.O. Box 6783, Santa Barbara, California 93111, U.S.A.
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Abstract

A stress-wave model is used to describe snow-slab failure under dynamic loading conditions. This model indicates that dilational waves and shear waves can interact with a thin, weak bedding layer underlying a snow slab causing dilatational and shear stresses in the layer. The magnitude and distribution of stresses in the layer are shown to depend strongly on the height of the loading source above the bedding plane, the difference in impedance between the slab and the loading source, the difference in impedance between the slab and its substratum, and the initial stress magnitude of the loading source. Failure occurs in the bedding layer when the generated stresses exceed the strength of the layer. This causes a loss of shear strength capacity at the bedding plane and a re-distribution of stress in the slab. If the shear capacity is reduced sufficiently the body-force loading of the slab will cause snow-slab failure.

Résumé

Résumé

On utilise un modèle d’onde de compression pour décrire la fracture d’une plaque de neige sous une charge dynamique. Ce modèle indique que des ondes de dilatation et des ondes de cisaillement peuvent interagir avec une mince couche de base peu cohérente située sous une plaque de neige pour provoquer des efforts de dilatation et de cisaillement dans la couche. On montre que la grandeur et la distribution des efforts dans la couche dépendent beaucoup de la hauteur et de la charge au-dessus du plan de glissement, de la différence entre les impédances de la plaque et de la charge, de la différence entre les impédances de la plaque et de son substrat et de la grandeur initiale de l’effort et de la charge. La rupture se produit dans la couche de base lorsque les contraintes engendrées excèdent la résistance de la couche. Ceci engendre une perte de résistance au cisaillement le long du plan de glissement et une redistribution des efforts dans la plaque. Si la capacité de résistance au cisaillement est suffisamment réduite, le poids de la plaque elle-même provoque la rupture.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Zur Beschreibung des Bruches von Schneebrettern unter dynamischer Belastung wird ein Druckwellenmodell herangezogen. Es zeigt, dass Dehnungs- und Schwerwellen in einer dünnen und schwachen Grundschicht eines Schneebrettes Dehnungs- und Scherspannungen hervorrufen können. Grösse und Verteilung der Spannungen in der Schicht erweisen sich als stark abhängig von der Höhe der Druckquelle über der Auflagefläche, vom Impedanzunterschied zwischen dem Brett und der Druckquelle, vom Impedanzunterschied zwischen dem Brett und seinem Untergrund sowie von der ursprünglichen Grösse der Druckquelle. Ein Bruch in der Grundschicht tritt ein, wenn die erzeugten Spannungen die Festigkeit der Schicht übersteigen. Dies führt zu einem Verlust an Scherfestigkeitskapazität an der Auflagefläche und zu einer Neuverteilung der Spannungen im Brett. Wird die Scherkapazität ausreichend vermindert, so bricht das Brett unter der Last seiner eigenen Schwere.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
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Fig. 1.Nomenclature for a snow slab and the cylindrical coordinate system used to describe stress-wave propagation in snow.

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Fig. 2.Dilatational stress magnitude on plane layers in an infinite homogeneous snow medium, for various loading source elevations and spherical waves.

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Fig. 3.Shear-stress magnitude on plane layers in an infinite homogeneous snow medium for various loading-source elevations and spherical waves.

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Fig. 4.Reflection and refraction of an incident plane compressional wave at a boundary.

Figure 4

Table I.CHARACTERISTICS OF EXPLOSIVES USED IN AVALANCHE WORK AND SNOW PROPERTIES ASSUMED FOR THE ELASTIC MODEL