Склоновые явления массопереноса : Эксперим. исслед.

• Автор: Щербаков, Сергей Георгиевич
• Шифр специальности: 04.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Содержание.
Введение
Глава 1. Масеоперенос на горных склонах. Натурные данные.
Модели. Постановка задачи исследования
1.1. Натурные данные о стадии подготовки "катастрофы"
1.2. Устойчивость склона. Простые модели и концепции
1.2.1. Анализ устойчивости "бесконечного склона"
1.2.2. Анализ устойчивости стона конечной длины
1.2.3. Анализ устойчивости реальных стонов
в райках простейших моделей
1.3. Обобщение натурных данных о стадии быстрого динамического проявления массопереноса на склоне
1.4. Обзор способов объяснения аномальной 24 подвижности крупномасштабных лавин.
1.5. Постановка задачи исследования
Глава 2. Экспериментальное исследование движения гранулы и динамики сдоя гранул на наклонной плоскости
2.1. Движение одиночной гранулы по наклонной плоскости
2.2. Экспериментальное исследование динамики тонкого слоя
гранул на наклонной плоскости
2.2.1. Экспериментальная установка
2.2.2. Эксперименты без внешнего воздействия на
монослой гранул на наклонной плоскости
2.2.3. Эксперименты, в которых движение в монослое гранул на наклонной плоскости инициировалось
начальным толчком насыпи в верхней части монослоя
2.3. Экспериментальное исследование движения гранулированного материала, "выбрасываемого" в виде многослойной насыпи на поверхность
2.4. Что показали эксперименты
Глава 3. Элементы физической модели процесса
3.1. Модель скатывания отдельной гранулы по наклонной плоскости
3.1.1. Движение по ровной наклонной плоскости
3.1.2. Движение по ступенчатому склону
3.1.3. Критическая скорость скатывания гранулы
3.2. Тонкий слой породы на склоне. "Созревание" неустойчивости
3.3. Процессы в тонком слое гранул на наклонной плоскости
3.3.1. Процесс вытеснения одиночной гранулы
3.3.2. Вал
3.4. Торможение компактного объема раздробленной горной порода на горизонтальной поверхности. Эффект образования утолщений (насыпей) по краям лавины
Глава 4. Формирование и динамика лавиноопасного слоя на склоне
4.1. Образование, накопление каменных обломков. Формирование и трансформаыдя обломочных насыпей. Перестройка
структуры обломочных зон на склоне
4.2. О силе трения слоя обломочной породы при его смещении по склону
4.3. Динамика слоя камней, удерживаемого от движения по
склону стопором
4.4. Движение лавины по склону
Глава 5. Мероприятия по обеспечении» безопасности на горном склоне
Основные выводы
Список литературы.

Введение,
Натурные данные свидетельствуют о том, что на горных склонах происходят процессы перемещения вещества, образующего их [12, 13]. Характер наблюдаемого движения разнообразен: обвалы, лавины, оползни, и т.п. Диапазон скоростей движения и объемов вовлекаемой в массоперенос породы широк. Максимальные скорости, наблюдавшиеся очевидцами, достигают сотни километров в час, а объемы вещества, образующего тело лавин, - десятков кубических километров [12, 16]. Даже намного менее масштабные события такого рода представляют серьезную угрозу для населения и инженерных сооружений.
Традиционным является представление о подобных явлениях как о катастрофах, в том числе, и для самой "геофизической среды". Лавины и оползни, согласно сложившемуся представлению, являются следствием "отрыва" от склона некоторой его части и разгона ее под действием силы тяжести. Причиной такого "отрыва" являются напряжения в веществе, образующем горы. Напряжения, в свою очередь, обусловлены действием силы тяжести и внешних воздействий (циклических приливных нагрузок, климатических факторов, техногенной деятельности и т.п.).
Очень редко удается наблюдать склон до момента катастрофы. Однако проводимые на потенциально опасных склонах наблюдения свидетельствуют о том, что "катастрофически" быстрому движению предшествуют более или менее длительные периоды более медленного движения [13, 14, 15]. Эти медленные движения являются естественным указателем на возможную будущую катастрофу. Но воспринимать их лишь как предвестники ее было бы не правильно. Они неотьемлимое звено в цепочке процесса массопереноса вещества на горных склонах. Медленные перемещения вещества формируют те напряженные состояния вещества, которые могут привести к склоновой катастрофе. Развитию такого представления о процессе массопереноса вещества на горных склонах, включающем собственно катастрофу и процессы этапа ее созревания, и посвящена диссертация. В ней сделана попытка в простых экспериментах смоделировать различные процессы склоновой динамики, предложить возможные сценарии развития динамических процессов переноса вещества на склонах и найти определяющие развитие таких процессов факторы.

Видно, что для определенного угла наклона платформы существует предельная скорость, до которой может на ней разогнаться шарообразная
гранула В диапазоне углов и скоростей возможных для экспериментальной установки, зависимость предельной скорости от угла наклона платформы носит линейный характер. Подобные эксперименты были проведены и для горошины - более неровной и большей по
диаметру гранулы. Результаты эксперимента показаны на том же рисунке.
Было замечено, что существует некоторый диапазон углов, в котором помещенная на наклонную плоскость неровная гранула покоится, если ей не сообщить начальную скорость. Объясняется этот эффект тем, что для преодоления неровности с характерным размером s необходим угол наклона поверхности, на которой покоится гранула, а такой, чтобы выполнялось условие: arccos (r/(r+s)) < а, где г - средний размер гранулы. (Для округлой гранулы с неровностью - выступом рассуждения имеют смысл в двухмерном случае. Понятно, что округлая гранула попросту может обогнуть препятствие. В реальных же условиях препятствия не обязательно представляют собой выступьт на грануле или неровности поверхности - их можно представить и как углубления, и тогда рассуждения остаются в силе и для трехмерного случая.) Был замечен и такой эффект, как возможность качения гранулы по склону на углах, лежащих в этом диапазоне (0< а < (r/(r+s))), если грануле была сообщена начальная скорость. Очевидно, что качение возможно, если v2/2 > gs, где v - скорость движения гранулы, s - средний размер неровности, g - ускорение силы тяжести. Или, говоря другими словами, качение гранулы возможно, если кинетическая энергия ее достаточна, чтобы поднять вес гранулы на высоту ее средней неровности. Конечно, все приведенные выше рассуждения справедливы на шероховатой плоскости, по которой движется гранула при условии, что tga < К, где К -коэффициент трения скольжения материала, из которого состоит гранула, по поверхности платформы, в противном случае не будет создаваться момент сил, необходимый для скатывания, и гранула будет просто скользить.
Другой наблюдаемый факт состоял в том, что по мере увеличения скорости движения гранулы, траектория ее движения все больше отклоняется от прямой, движение становиться все более хаотичным, растет компонента скорости, перпендикулярная поверхности качения.