Баринов А.В., Седнев В.А., Шевчук А.Б. и др. Опасные природные процессы

Подождите немного. Документ загружается.

165

обломков конструкций, земляного вала, осыпей. Фронтальная зона оползня

при остановке может быть смята и вздыблена. Она может также принять на

себя надвиг неподвижных пород. При высокой скорости возможен силь-

ный толчок при остановке оползня. Все это представляет большую опас-

ность для находящихся на оползне людей.

После окончания оползня, селя или обвала люди, покинувшие зону чрез-

вычайных ситуаций и переждавшие ее в безопасном месте, убедившись в от-

сутствии повторной угрозы, могут вернуться в эту зону. Учитывая, что по-

мощь извне в труднодоступные горные районы придет с опозданием, немед-

ленно приступить к розыску и извлечению пострадавших, оказанию им первой

медицинской помощи, освобождению из блокады транспортных средств, ло-

кализации возможных вторичных отрицательных последствий и др.

2.2.5. Лавины

Характеристика лавин

Снежные лавины – одно из природных явлений, порождаемых клима-

тическими и геоморфологическими причинами, относящихся к числу

опасных для населения и хозяйства.

Снежной лавиной называются снежные массы, низвергающиеся со

склонов гор под действием силы тяжести. Лавина – это снежный обвал

массы снега на горных склонах, пришедшей в интенсивное движение.

В результате схода лавин гибнут люди, уничтожаются материальные

ценности, парализуется работа транспорта, блокируются целые районы,

могут возникать наводнения (в том числе прорывные) с объёмом подпру-

женного водоема до нескольких миллионов кубометров воды. Высота про-

рывной волны в таких случаях может достигать 5–6 м. Лавинная актив-

ность приводит к накоплению селевого материала, так как вместе со сне-

гом выносятся каменная масса, валуны и мягкий грунт.

Формирование лавин происходит в лавинном очаге, т. е. на участке

склона и его подножья, в пределах которых происходит движение лавины.

Снежные лавины можно назвать снежными потоками. К ним относят-

ся также лавиноподобные водоснежные потоки и быстрое сползание снега.

Между ними нет резких границ по условиям и механизму образования и

форме движения; области их распространения одинаковы, методы защиты

сходные. Лавины распространены повсюду, где возникает снежный покров

высотой более 30–50 см, и где склоны более 20° с относительной высотой

более 20–30 м. Особенно крупные лавины в горах, где сила удара лавин о

препятствие достигает десятков тонн на 1 м

, объемы – миллионы кубомет-

ров, повторяемость в наиболее активных очагах – 10–15 лавин в год, число

лавинных очагов на 1 км длины долины – 10–20. Лавины встречаются также

166

на уступах морских и речных террас. Лавиноопасными могут быть и раз-

личные техногенные склоны – борта карьеров, откосы над дорожными вы-

емками и др.

К лавинообразующим факторам относятся:

– высота старого снега;

– состояние подстилающей поверхности;

– величина прироста свежевыпавшего снега;

– плотность снега;

– интенсивность снегопада;

– оседание снежного покрова;

– метелевое перераспределение снежного покрова;

– температурный режим воздуха и снежного покрова.

Наиболее важные факторы – прирост свежевыпавшего снега, интен-

сивность снегопада и метелевый перенос. В отсутствие осадков сход лавин

является следствием интенсивного таяния снега под воздействием тепла и

солнечной радиации и процесса перекристаллизации, приводящих к раз-

рыхлению снежной толщи, вплоть до образования мелкодисперсной снеж-

ной массы в глубине этой толщи, и ослаблению прочности и несущей спо-

собности отдельных слоев.

При длине открытого склона горы 100–500 м создаются классические

условия образования снежной лавины – для начала движения определён-

ной скорости. Лавинные очаги принято делить на зоны: зарождение (лави-

носбор), транзит (лоток), остановка (конус выноса) лавины.

Основные параметры лавинного очага:

– разность максимальной и минимальной высот склона в пределах

лавинного очага;

– площадь лавинного сбора, его длина и ширина;

– количество лавинных очагов;

– средние углы лавиносбора и зоны транзита;

– сроки начала и окончания лавиноопасного периода.

Классификация лавин, учитывающая природу их формирования,

представлена в табл. 2.31.

Таблица 2.31

Классификация снежных лавин

Тип лавины Особенности

Лотковая Движение по фиксированному руслу

Склоновая Отрыв и движение по всей поверхности склонов

Прыгающая Свободное падение с уступов склонов

Пластовая Движение по поверхности нижележащего слоя снега

Грунтовая Движение по поверхности грунта

Сухая Сухой снег в лавинном очаге

Мокрая Мокрый снег в лавинном очаге

167

До 70 % лавин обусловлены снегопадами. Эти лавины сходят во вре-

мя снегопадов или в течение 1–2 суток после их прекращения.

По частоте схода (повторяемости) различают лавины:

– систематические, сходят каждый год или один раз в 2–3 года;

– спорадические, сходят 1–2 раза в 100 лет и реже, место схода труд-

но определить.

В отдельных районах за зиму и весну систематические лавины могут

сходить по 15–20 раз.

Обильные снегопады, а также землетрясения силой 5–6 баллов и бо-

лее, являются причинами формирования катастрофических лавин.

В зависимости от факторов лавинообразования выделяют следующие

виды лавин:

– возникающие из-за метеорологических условий – снегопадов, ме-

телей, понижений температуры;

– возникающие из-за процессов, происходящих внутри снежной

толщи, образование слоя глубинной изморози, снижение прочности снеж-

ного покрова под длительным действием нагрузки;

– возникающие по совокупности вышеперечисленных условий – ве-

сенние оттепели, изменение температуры воздуха.

Лавины метелевого типа преобладают в Хибинах (до 80 %) и реже

встречаются в горах умеренных широт и южного пояса России. Лавины из

свежевыпавшего снега преобладают в районах южного пояса Кавказа.

Результаты действия лавин на элементы инфраструктуры лавиноопас-

ной территории: инженерные сооружения, транспортные и другие комму-

никации, здания и сооружения – определяются характеристиками лавины

(табл. 2.32). Для приближенных расчетов скорость перемещения фронта

лавины (скорость лавины) может быть принята 50–90 м/с. Она выше ско-

рости течения снежной массы за фронтом (в потоке). Сила удара достигает

0,4 МПа, а при наличии в лавине твердых включений – превышает это зна-

чение в несколько раз (до 200 т/м

). Удар фронта лавины по преграде сме-

няется воздействием на преграду давления обтекания, условно принимае-

мого квазистационарным.

Дальность выброса лавины, т. е. расстояние, которое может преодо-

леть лавина при наиболее благоприятных условиях, зависит от высоты её

падения. Высота (или мощность) лавинного потока, чаще всего, составляет

10–15 м. Интервал времени между сходами первых и последних лавин в

данном районе характеризует потенциальный период лавинообразования.

Таблица 2.32

Диапазоны основных характеристик снежных лавин

Наименование показателей

Величина

Масса, m От единиц до 10

Объем, V От единиц до 10

168

Окончание табл. 2.32

Наименование показателей

Величина

Скорость движения, v Мокрых лавин – 10–20 м/с

Сухих лавин – 20–100 м/с

Динамическое давл

ение

о 2 МПа

Дальность выброса, L

max

До 2000 м

Повторяемость 0,01–20 ед./год

Плотность лавинного снега, ρ Сухих лавин – 0,2–0,4 т/м

Мокрых лавин – 0,3–0,8 т/м

Высота фронта лавины, Н

От долей метра до 10 м

Площадь сечения лавинного пот

а, м

т единиц до 10

Коэффициент K лавинной активности площади (от-

ношение лавиноактивности площади к сумма

ной)

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 10

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. Воз-

действие ударной волны и снежно-пылевого облака сходно с действием

воздушной ударной волны взрыва. Оно распространяется дальше границы

выброса лавины.

Водонасыщенные лавинные потоки подобны гидравлическим пото-

кам. Их действие рассчитывается так же, как действие воздухонасыщенной

жидкости или селевой массы. Возможность достижения лавиной объекта

оценивают по дальности выброса. Принято различать максимальную даль-

ность выброса L

max

(определяемую расчетом для наиболее неблагоприят-

ных условий) и наиболее вероятную L

ср

(среднемноголетнюю, определяе-

мую по данным наблюдений).

Повторяемость схода лавин (особенно внутрисезонную) необходимо

учитывать при планировании и выполнении работ в лавиноопасных рай-

онах. Лавины вовлекают в движение также породы, слагающие склоны.

Они пропахивают на склонах крутостенные рвы с гладкими, отшлифован-

ными бортами – лавинные лотки, которые сопровождаются лавинными

прочесами – полосами, лишенными древесной растительности. Внизу, у

основания склонов, скапливаются снесенные со склонов обломки, разби-

тые деревья, содранный дерн. Сильные лавины могут содрать рыхлые от-

ложения на днищах долин, куда они спускаются, собрать эти отложения в

гряды или забросить на противоположный склон долины, где из этих от-

ложений образуются небольшие холмики.

169

На пологих склонах преобладает смещение верхней части «чехла»

рыхлых отложений. Это может быть солифлюкция – быстрое течение пере-

увлажненного, оттаявшего верхнего слоя грунтов. Солифлюкция харак-

терна для районов вечной мерзлоты, но внешне похожий процесс течения

переувлажненных грунтов – тропическая солифлюкция – происходит во

влажных тропиках.

В пустынях встречается экстраординарная солифлюкция, возникаю-

щая 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 благо-

даря изменениям его температуры и увлажненности. Эти процессы проис-

ходят 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 ско-

плениями остроугольных обломков, носящих сразу несколько названий –

курумы, каменные россыпи, каменные моря. Обломки перемещаются вниз

по склонам под влиянием нескольких процессов: гравитационного сколь-

жения по расположенному ниже их слою мерзлоты или льда, текущей в их

толще воды, образования и таяния в курумах ледяных стебельков. Спол-

зающие по понижениям обломки собираются в «каменные реки».

Для разработки мер защиты от лавин требуются разнообразные зна-

ния 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 появ-

ляется возможность сопоставить показатели лавинной опасности с гео-

морфологическими и метеорологическими факторами лавинообразования,

чтобы получить косвенные методы оценки лавинной опасности для иных

районов по общим сведениям об их рельефе и климате. Тем самым закла-

дывается 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 подстилаю-

щей 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 по-

крова. Непосредственной причиной обрушения могут стать уменьшение одной

или обеих сил сцепления, увеличение толщины, а тем самым, и веса снежного

170

покрова, или комбинации этих событий, вызываемых различными метеороло-

гическими причинами. Критическая высота снежного покрова h, при которой

происходит его обрушение, зависит от внутреннего сцепления снега С, объем-

ной массы снега g, коэффициента внутреннего трения в снеге tg j и угла на-

клона склона a следующим образом:

( )

г cos б sin б tg cos б

h =

-j

. (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 сце-

пления уменьшаются, (что бывает при намокании снега), снежный покров

не может удержаться и на более пологих склонах. Поскольку топографиче-

ские условия накопления снежного покрова различны, а его высота и фи-

зико-механические характеристики изменчивы во времени, смещения сне-

га 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 по-

следних вида относятся по существу к категории водных потоков. При не-

котором сочетании факторов даже толстый снежный покров не теряет ус-

тойчивости, 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

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

с углом наклона (α) 40 %

Примечание: h

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

α15° 20° 25° 30° 40°

171

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 снего-

падов и (или) метелей, имеет минимальную плотность g (0,03–0,20 г/см

) и

сцепление С. Если прирост высоты снежного покрова идет достаточно бы-

стро (более 10 мм слоя воды в сутки), ее величина может превысить кри-

тическую еще до окончания снегопада (метели). В этом случае и образу-

ются 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), сублимаци-

онном округлении и смерзании зерен, образующих в итоге довольно проч-

ную пространственную решетку. При этом снег уплотняется (0,3–

0,4 г/см

), 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 эпигене-

тические, т. е. образующиеся после выпадения снега.

Содержание воды, %

0°

10° 20°

Таблица 2.33

Генетическая классификация снежных лавин

Класс Тип Подтип

Диагно

стические признаки лавин

Метеоусловия,

предшествующие

сходу лавин

Преимущественная

форма отрыва

Стратиграфия

снега выше

поверхности

срыва

Расположение

поверхности

скольжения

в месте обрыва

I. Сингенетические, в

ы-

званные увеличением

сил, сдвигающих снег со

склона вследствие при-

роста высоты снежного

покрова

1. Снегоп

дов

–

Снегопад без м

тели

Точе

ная

Слой свежевыпа

в-

шего снега

Внутри свежев

ы-

павшего снега или

по контакту его со

старым

2. Общих мет

лей

–

Снегопад с мет

лью

Площа

ная

лой свежевыпа

в-

шего переметённого

снега

На контакте св

е-

жевыпавшего пе-

реметенного снега

со старым; иногда

внутри переметен-

ного снега

3. Низовых мет

лей

–

Низовая метель или

поземок

Площа

ная

Слой переметенн

го

снега

На контакте пер

е-

метенного старого

снега с нижележа-

щим слоем, иногда

внутри переметен-

ного снега

II. Эпигенетические, в

ы-

званные уменьшением

сил, удерживающих снег

на склоне без увеличе-

ния высоты снежного

покрова

1. Температурного

разрыхления снега

а) Вызванные осла

б-

лением связей в глу-

бине снежной толщи

Длительный моро

з-

ный период, воз-

можно сочетание с

периодами снеготая-

ния

Площа

ная

Один или несколько

слоев старого снега

По ослабленной

прослойке внутри

снежной толщи

или по грунту

б) Вызванные разр

у-

шением связей с по-

верхности снежной

толщи

лительный моро

з-

ный период практи-

чески без снегоотло-

жения

Точе

ная

Слой глубинной и

з-

морози

Внутри поверхн

о-

стного разрыхлен-

ного горизонта, по

контакту его со

связанным слоем

или по грунту

172

Продолжение табл. 2.33

2. Ветрового ра

з-

рыхления снега

–

Продолжительные,

сильные порыви-

стые ветры при

низкой влажности

воздуха

Площа

ная

Один или н

е-

сколько слоёв

старого снега

По ослабленной

прослойке внут-

ри снежной тол-

щи или по грунту

3. Снегота

ния

а) Вызванные обр

а-

зованием двухзон-

ного по адгезион-

ным свойствам сне-

га

Потепление, и

н-

тенсивная солнеч-

ная радиация в

первые дни после

снегопада

Точе

ная

Слой мокрого

слабосвязанного

снега

Внутри слоя сл

а-

бо-связанного

снега на контакте

зон, различных

по адгезионным

свойствам

б) Вызванные у

в-

лажнением снега до

значения его водо-

удерживающей

способности

Сильное потепл

е-

ние

–

Один или н

е-

сколько слоев

мокрого слабо-

связанного снега

По грунту или по

водоупорной

прослойке внут-

ри снежной тол-

щи

III. Полигенетиче-

ские, вы

званные

увели

чением сил,

сдви

гающих снег

со склона, при од-

новременном

умень

шении сил,

удерживающих

снег на склоне

1. Вызванные д

о-

ждями

–

Дождь

–

Один или н

е-

сколько слоев

мокрого слабо-

связанного снега

По грунту или по

водоупорной

прослойке внут-

ри снежной тол-

щи

Комбинирова

н-

ные лавины

–

Длительный пер

и-

од с сильными мо-

розами, ветрами

или снеготаянием;

непосредственно

перед сходом ла-

вины снегопад;

общая или низовая

метель

Площа

ная

Один или н

е-

сколько слоев

старого и, обяза-

тельно, слой све-

жеотложенного

снега

По ослабленной

прослойке внут-

ри старого снега

или по грунту