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The Dynamics of Avalanching in the Khibins

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

V.M. Kotlyakov
Affiliation:
Institut Geografii, Akademiya Nauk SSSR, Staromonetny 29, Moskva 109017, U.S.S.R.
B.N. Rzhevskiy
Affiliation:
Institut Geografii, Akademiya Nauk SSSR, Staromonetny 29, Moskva 109017, U.S.S.R.
V. A. Samoylov
Affiliation:
Institut Geografii, Akademiya Nauk SSSR, Staromonetny 29, Moskva 109017, U.S.S.R.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Results of ten-year measurements of avalanche impact upon a large-sized installation are shown. The installation is equipped with 20 pressure sensors using the principle of the intrusion of a steel cone into a duralumin plate. The impacts of 30 dry avalanches with volumes from 100 up to 50 000 m3 are analysed. A maximum pressure at “a point" of 1 100 kN/m2 and a pressure of 650 kN/m3 averaged over the area of the installation (24 m2) were recorded. It is found that 75% of the impact energy is concentrated in the lowest 2 m of the installation. Proceeding from these data, and also taking into account that the thickness of an avalanche body amounts to 10-20 m at the moment of impact, we may conclude, that there is a “dense core" and an upper ’"high aerosol" part in an avalanche body.

The use of slereo-photogrammetric surveys of moving avalanches revealed the “velocity depression" effect in the Khibin avalanches: Avalanche velocity decreases abruptly (by a factor 1.5 to 2) at the end of transit channel and then grows rapidly up to a maximum at the end of the avalanche cone. The greatest variations of velocity amount to 51 m/s.

The data obtained prove the inefficiency of anti-avalanche filling dams, especially because of their negative role in the generation of disasterous air waves, whose pressure varies from 20 up to 150 kN/m 2.

Résumé

Résumé

Dynamique des avalanches dans les Khibins. On montre les résultats de dix ans de mesures d’impacts d’avalanches sur un obstacle de grande dimension. L’installation est équipée de 20 capteurs de pression utilisant le principe de la pénétration d’un cone d’acier dans une plaque d’alliage d’aluminium. On a analysé les impacts de 30 avalanches de neige sèche avec des volumes de 100 à 50000 m3. On a enregistré des maxima de 1100 kN/m 2 pour la pression “en un point" et de 650 kN/m 2 pour la pression moyenne sur les 24 m2 de l’installation. On a montré que 75% de l’énergie d’impact est concentrée dans la partie inférieure de l’installation sur deux mètres de haut. A partir de ces données, et, compte tenu également que l’épaisseur du corps de l’avalanche au moment de l’impact va jusqu’à 10 ou 20 m, ou peut conclure qu’il y a dans l’avalanche un “noyau dense" et une partie supérieure en “aérosol haut”.

L’utilisation d’observations stéréo-photogrammétriques du mouvement de l’avalanche a permis de mettre en évidence une “chute de vitesse" dans les avalanches des Khibins. La vitesse de l’avalanche tombe brusquement (1,5 à 2 fois) à la fin du couloir de transit, puis augmente rapidement jusqu’au maximum à l’extrémité du cone d’avalanche. Les plus grandes variations de vitesse atteignent 51 m/s.

Les résultats obtenus prouvent l’inefficacité des barrages anti-avalanches pleins, spécialement à cause de leur rôle négatif dans la génération d’ondes désastreuses dans l’air dont la pression totale varie de 20 à 150 kN/m2.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Dynamik von Lawinen in den khibin-Bergen. Die Ergebnisse zehnjähriger Messungen des Aufpralles von Lawinen auf eine grossformatige Verbauung werden mitgeteilt. Die Verbauung ist mit 20 Drucksensoren versehen, die auf dem Prinzip des Eindringens eines Slahlkegels in eine Platte aus Duraluminium beruhen. Der Aufprall von 30 trockenen Lawinen mit Volumina von 100 bis zu 50000 m3 wierd analysiert. Die Aufzeichnungen ergaben einen “punktuellen" Maximaldruck von 1100 kN/m2 und einen mittleren Druck von 650 kN/m2 auf die Verbauuugsfläche von 24 m2. Es lässt sich feststellen. dass 75% der Aufprallenergie aul den unteren, 2 m hohen Teil der Verbauuug konzentriert ist. Ausgehend von diesen Daten und unter Berücksichtigung der Tatsache. dass die Dicke eines Lawinenkörpers beim Aufprall 10-20m beträgt, lässt sich schliesscn. dass ein Lawinenkörper in einen “dichten Kern" und ein “oberes Aerosol" darüber unterteilt ist.

Aus stereophotogrammetrischen Aufnahmen abgehender Lawinen konnte der Effekt der “Geschwindig-keitsabnahme" bei den Khibin-Lawineu entdeckt werden. Die Lawinengeschwindigkeit sinkt plötzlich (1,5-2 fach) am Ende des Bahnkanals und wächst dann wieder schnell bis zu ihrem Maximum am Ende des Lawinenkegels. Die grössten Geschwindigkeitsschwankungen erreichen 51 m/s.

Die gewonnenen Daten erweisen die Unwirksamkeit von Fülldämmen zur Lawinenabwehr, vor allem infoige ihrer schädlichen Rolle bei der Erzeugung verheerender Luftwellen, deren Druck von 20 bis zu 150 kN/m2 reicht.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1977
Figure 0

Fig. 1.Installation for the measurements of avalanche impact. A. Arrangement of the sensor: 1-movable disk; 2-cone; 3-duralumm plate; 4-central nut; 5-central bolt; 6-fixed disk; 7-stop pin; 8-washers; 9-lock pins. B. Longitudinal section of the installation: 1-foundation; 2-metal framework; 3-the zone of “impact shadow"; 4-the shelf of the foundation. C. Working facet of the installation: 1-sensor; 2-opening; 3-level of the underlying surface.

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Fig. 2.Examples of the pressure distribution over the surface of the installation (in kN/m2); a - the level of the underlying surface (in A, D - the soil, in B, C - deposits of previous avalanches).

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Fig. 3.A. Distribution of pressure with height on the installation according to mean data; B. The nature of the relationship between the specific weight of the avalanche before (γ1) and after the impact (y2); C. Relationship between the mean measured (pf) and calculated (p) pressures; D. Relationship between the mean and maximum pressures.

Figure 3

Fig. 4.A. Diagram of the avalanche source the “5 December Crater" with contours of measured avalanches; B. Avalanche II with positions of its front every two seconds.

Figure 4

Fig. 5.Results of measuring the velocities of avalanches by the stereo-photogrammetric method. A. The avalanche source the “5 December Craler” 1974. The longitudinal profile (1) and velocity of three avalanches; the area of “velocity depression" is hatched. B. The avalanche source the “Apatite Crater”, 1975. 1: The longitudinal profile of the route of avalanching. 2: Anti-avalanche dam. 3: Location of the impact installation. The area of “velocity depression" is hatched. The velocity of the front of the air wave (snow-powder stream) is shown by a dotted line.

Figure 5

Fig. 6.Sketch map showing the results of filming the activity of avalanche and the air wave in the “Apatite Crater”, 1: Impact installation. 2: Location of cameras and directions of their scattering. 3: A pile of logs and their position after the scatter. 4: A wooden post and the route of its transportation by the air wave. 6: A traffic sign distorted by the air wave. 7: Location and scatter of empty mine cases. 8: Initial area of moving snow. 9: Position of the front of the avalanche and snow-powder flow (after forcing the dam) every 2 S. 10 : The Limit of visible traces of the air wave on the surface of the snow cover. 11: Anti-avalanche dam. 12: Electric transmission line. 13: The main sediments of rocks, evacuated by the air wave: a-> I kg, b-< I kg. a-a’ : Cross-section of the avalanche before its collision with the dam. b- b’ : Cross-section of the avalanche at the moment of its ’’jump’’ from the dam.