автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Определение расчетных нагрузок при защите железнодорожного пути от снежных лавин

новосибирский ордена трудового красного знамени институт инженеров железнодорожного транспорта

На правах рукописи

ЖИЛИН Анатолий Михайлович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК ПРИ ЗАЩИТЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ ОТ СНЕЖНЫХ ЛАВИН

Специальность 05.22.06 — Железнодорожный путь

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

новосибирск 1992

Работа выполнена в Новосибирском ордена Трудового' Красного Знамени институте инженеров железнодорожного' транспорта.

Академик, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор А. К- Дюнин.

Доктор технических наук, профессор Э. П. Исаенко, кандидат технических наук, доцент А. А. Николаенко

Ведущая организация — Алма-Атинская железная дорога

на заседани . . - -та К- 114.02.02 в Ново-

сибирском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 630023, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Защита

1992 г. в час.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета ,

канд. техн. наук, доц. х—ГРИЩЕНКО

общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. В настоящее время п проблеме борьбы с лавинной опасностью наметился разрыв между практикой и теорией. С одной стороны, ведутся интенсивные лавинные исследования как в СНГ, так и за рубежом. С другой стороны, в инженерную практику слабо внедряются результаты исследований. Опыт их применения для проектирования противолавинных мероприятий на железных и автомобильных дорогах СНГ привел к ряду явных недоразумении, к необоснованному завышению или снижению как расчетных параметров снежных лавин, так и запасов прочности противолавинных сооружений.

Сравнительно недавно лавинная опасность lia железных дорогах СНГ недооценивалась, так как протяженность горных железнодорожных участков была очень малой в сравнении со всей сетью. Положение в корне меняется в связи со строительством Байкало-Амурской магистрали — восточного звена 2-го Транссиба, сооружением линии Тыпда—-Якутск, предстоящим железнодорожным строительством в огромных горных регионах Средней Азии, Саян и всего северо-востока. Лавинная опасность угрожает перегонам, станциям,, железнодорожным поселкам, всем устройствам электрификации и СЦБ. Ущерб, причиняемый дорогам снежными лавинами, огромен.

Этот ущерб может быть предотвращен совсем или сведен до минимума путем осуществления различных противолавинных мероприятий. Противолавинные инженерные сооружения для защиты железных и автомобильных дорог нашли широкое применение как в СНГ, так и за рубежом, lio крайне слабо учитывался при этом экологический фактор. Обоснованный расчет лавинных нагрузок до последнего времён« был затруднен из-за недостаточных экспериментальных данных.

Кроме разрушительного действия на инженерные сооружения, лавины являются' мощным фактором разрушения природных ландшафтов. Но ни в одной из известных классифи-

наций противолавинных средств не учитывается экологический фактор, хотя он должен быть сейчас решающим при выборе этих средств.

Цель работы, заключалась в разработке методик расчета основных параметров лавинозащитных сооружений при проектировании и защите существующих горных железных и автомобильных дорог с учетом особенностей их трассирования, количественной оценки снеголавинных нагрузок и других факторов.

Задачи исследований. В соответствии с этим выполнены:

1. Анализ имеющихся методов расчета снеголавинных нагрузок.

2. Анализ существующего опыта проектирования и строительства лавинозащитных и тормозящих сооружений за рубежом и в нашей стране.

3. Экспериментальные и теоретические исследования процесса взаимодействия защитных и тормозящих сооружений с лавинным потоком.

Методика исследований. В экспериментальных исследованиях использовались методы физического моделирования. При полевых работах применялись методики снеголавинных наблюдений, принятые в системе Гидрометеослужбы. В работе, кроме собственных проектных разработок автора, использована проектная документация Кыргызтранспроекта, Снб-гнпротранса, Ленгипротранса, Тбилавтодортранса, Кавгипро-транса п других проектных организаций.

Научная новизна. Впервые классификация протнволавнн-ных средств построена с учетом ведущего экологического фактора с выделением 4-х классов мероприятий в зависимости от их «экологической чистоты».

Получен полный набор критериев физического подобия для моделирования ударного воздействия лавинных тел на сооружения.

Создана лабораторная установка для массового изучения в масштабе 1: 1 ударов рыхлых блоков по неподвижным жестким и рыхлым преградам и решеткам, имитирующим действие тормозящих сооружений.

Проведенными исследованиями установлены в критериальной форме новые связи между величинами, определяющими процесс взаимодействия снежных лавин с защитными сооружениями. На их основе получены соотношения для оценки величины основных расчетных силовых параметров в зависимости от плотности, скорости движения снежных масс и 2

других факторов. С учетом количественной оценки енегола-пинных нагрузок разработана методика выбора параметров лавинозащитных и тормозящих сооружении и общие требования по их размещению.

Практическая ценность. Использование предложенной методики при защите горных железных и автомобильных дорог позволит существенно снизить затраты на противолавинные сооружения за счет реальной оценки величины снеголавин-ных нагрузок, правильного размещения на местности и обоснованного выбора типа и вида лавинозащитных сооружений. Результаты проведенных исследований были учтены при составлении «Инструкции по защите горных железных дорог от снежных лавин». Рекомендации послужили основой для разработки проектов по защите автомобильной дороги Бишкек— Ош от снежных лавин, применение которых дало экономический эффект около трех миллионов.

Разработанная методика также может использоваться в сходных природно-климатических условиях в противолавин-ном строительстве на горных дорогах северо-восточных районов России и других республик, входящих в состав СНГ.

Реализация исследований. Основные выводы диссертационной работы нашли практическое применение: в «Инструкции по защите горных железных дорог от снежных лавин»; в проектах по защите автодорог Кыргызстана от снежных лавин.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и одобрены на научной конференции, посвященной 50-летию образования снежно-метеорологической службы треста «Апатит», в ноябре 1986 г. (г. Кировск Мурманской обл.), на Всесоюзном гляциологическом симпозиуме в ноябре 1989 г. (г. Звенигород Московской обл.); на Всесоюзном гляциологическом совещании в ноябре 1990 г. (г. Зеленоград Московской обл.), на научно-технической конференции НИИЖТа, посвященной 100-летию Транссиба, в ноябре 1991г. (г. Новосибирск), на заседании кафедры «Изыскания, проектирование и постройка ж. д.» НИИЖТа в мае 1991 г. (г. Новосибирск), на заседании кафедры «Путь и путевое хозяйство» НИИЖТа в январе 1992 г. (г. Новосибирск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей з сборниках научных трудов НИИЖТа и сборниках статей "идрометеоиздата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из вве-1ения, четырех глав, выводов, списка литературы (191 наи-

менование на 18 страницах), одного приложения (на 18 страницах). Общий объем работы составляет 187 страниц машинописного текста, в том числе 44 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы задачи исследований и изложены основные результаты, полученные автором.

В первой главе разработана классификация снежных лавин с учетом экологического принципа. Приведен обзор существующих способов определения снеголавинных нагрузок на защитные инженерные сооружения и анализ проектных решений лавинозащитных и лавинотормозящих сооружений в СНГ н за рубежом за последние 60 лет.

Отмечен существенный вклад советских ученых в решение проблем динамики снежных лавин. Наиболее значительные разработки в этих вопросах принадлежат Г. К- Тушинскому, В. Н. Аккуратову, К- Ф. Войтковскому, С. С. Григоряну, Д. Г. Гоффу, А. К- Дюнину, Э. П. Исаенко. К- А. Канаеву, Ю. Д. Москалеву, Г. Ф. Оттену, Б. Н. Ржевскому, С. А. Хрн-стнановичу, И. Е. Шуровой, М. Э. Эгллт, Ю. Л. Якимову, В. И. Ядрошникову и др. Авторами наиболее значительных зарубежных исследований являются М. де Кэрвен, А. Вель-ми, Б. Зальм, Б. Зоммерхамдер, Ж. Л. Аллер, И. Фурукава, Т. Хуциока, М. Шода, П. Шерер, М. Меллор, В. Хассентой-фель, В. Шварг, П. Шрейдер, М. Теллер, М. Мартинелли, П. Лабуди, X. Кюхен, Т. Цинчо, Е. Кемпелл, Г. Аулицкнй, Е. Бухер, К. Джакард, К- Вильяме, И. Смит,' Е. Лагал, Ф. Германн, К- Хуттер.

Было предложено много расчетных схем и формул для определения лавинных нагрузок с использованием теоретических моделей материальной точки, однородного жидкого идеального и вязкого потока, упругих тел, тел, состоящих из ледяного скелета с воздушными включениями, и т. д. Почти псе эти формулы имели в конечном виде структуру

где р — ударное давление, кПа; р — массовая плотность лавинного тела, т/м3; v — его скорость, м/с; ^ — безразмерная константа, имеющая разные значения в зависимости от принятой модели, преимущественно гидродинамической.

Таковы формулы, рекомендованные инструкцией б. Госстроя СССР СН 517-80 и рядом зарубежных руководств.

Крайней неясностью отличается определение как пло+ностн лавинного тела, так и расчетной скорости v. Например, п инструкции СН 517-80 вычисленная скорость лапины, как правило, вдвое больше реальных величин. Так что расчетное давление может иметь коэффициент запаса прочности, равный 4 н более.

Из формул такой структуры непосредственно следовала независимость явления от критерия Эйлера, т. е.

для всех типов лавин и всех особенностей их движения, что нельзя считать правомерным.

Выбранные исследователями теоретические модели механики лавин разрабатывались детально и безупречно, но, к сожалению, не приводили к практически приемлемым результатам, так как сами модели были далеко не адекватными данному очень сложному явлению.

Рядом исследователей . предпринимались неудачные попытки применить физическое маломасштабное моделирование лавпп, сводя явно многокритериальную задачу к использованию одного критерия Фруда

при Ety—const.

Немногочисленные измерения ударов естественных лавин (И. Фурукава, В. Н. Аккуратов, Б. Н. Ржевский) и снежных блоков, скользящих по искусственным лоткам (Б. Зальм, Э. П. Исаснко, В. И. Ядрошннков — моделирование в масштабе 1:1) и падающих свободно (А. Ф. Липатов, В. И. Салиц-кая), выполненные по разным методикам, подтверждали несопоставимость реального сложного явления и некорректность то маломасштабного однокритериалыюго моделирования, фактические ударные напряжения оказывались или намного юльше, или значительно меньше, чем расчетные.

Удар снежного блока как деформируемого рыхлого тела финципиально отличается от удара твердых неупругих тел 1Ли однородных жидких струй.

Прикладная теория ударных взаимодействий рыхлых тел о сплошными преградами фактически отсутствует.

Тем более пет доведенных до практического использования еоретическнх разработок в области удара рыхлых телпоже-

Стким решеткам. Лавинотормозящие сооружения, отвечающие этой модели и примененные в Австралии, Швейцарии, США, Канаде, создавались рискованно, так как суть их действия была абсолютно неясна.

Расчеты по примитивным формулам инструкции СН 517-80 «доказывали» неэффективность успешно работающих за рубежом тормозящих систем на логах — «миллионщиках», где объемы сходящих лавин достигают 1—3 млн м3. Поэтому попытки применить аналогичные сооружения в б. ССС1* (В. С. Матвиенко, автор) неизменно встречали ожесточенное сопротивление проектных и научных институтов.

Отмеченные обстоятельства решающим образом повлияли на выбор направлений исследований автора.

Во второй главе изложена методика и результаты проведенных исследований. На основе работ Л. И. Седова, С. С. Григоряна, Ю. Л. Якимова, А. К. Дюнина дано обоснование возможности использования метода физического моделирования для исследования ударного взаимодействия компактных снежных лапин с противолавиннымп сооружениями.

Из анализа общих уравнений движения снежных лавин как многокомпонентного потока и с учетом основных эффектов, характерных для их ударного взаимодействия с преградой, найден набор основных определяющих параметров данного процесса для обеих компонент лапины (индекс а — воздух, индекс — ледяные частицы), а именно:

,о„, — массовые плотности, кг/м3; — массовые

концентрации в единице объема смеси, кг/м3; и„. —скорости компонент, м/с; зв, зЛ.— напряжения, Па; 1а, I, — характерные размеры, м; ча , *>л — кинематические вязкости, м2/с.

Общие параметры:

g — ускорение силы тяжести, м/с2; ^ — время, с.

Из них непосредственно получаются межфазовые безразмерные критерии:

1.1 '(.V . . . .

I ' 1 ' * - ' . '

'а "|я ?а 1'а ~п ''а

Из дифференциальных уравнений, путем комбинирования индикаторов подобия, составлен (без учета параметров энергетического баланса )полный набор безразмерных комбинации для каждой фазы (опуская индексы).

I. Два вида критерия Струхаля:

St,--f; (1)

St.- — . (2)

g'

II. Два варианта критерия Эйлера:

(3)

-[ V- -[ vl

Ей,- -f- . (4)

III. Два варианта критерия Рейнольдса:

(5)

V V t

(6)

I' V

IV. Критерий Фруда

Fr--^-. (7)

Параметры могут относиться не только к обеим фазам {a, s), но и к средним характеристикам смеси. В качестве величины а в критериях Еи,, Егь могут использоваться нормальные и касательные напряжения, возникающие в снежном блоке, и его прочностные характеристики, например, модуль Е. В итоге появляется внушительное количество критериев. Легко видеть, что физическое подобие на малых моделях соблюсти нельзя, если моделью служит снег. Применение иных материалов бесперспективно из-за противоречивости кинематических комбинаций, например,

Уд2 .

lag ' hg '

Отсюда следует, что физически корректная модель должна быть «снежной» и в масштабе I : 1, а из множества критериев подобия надо выделить несколько главных, определяющих критериев.

В. И. Ядрошников обобщил полевые измерения, выполненные на территории СНГ, и экспериментальные данные, полученные им и Э. П. Исаенко на Южном Сахалине, а также ре-

йультаты К- Ф- Войтковского, А. Ф. Липатова и В. Й. Салиц-кой, В. Н. Аккуратова, Ю. Л. Якимова и И. Е. Шуровой. В итоге впервые была показана определяющая роль критериев

и

Ей = — и Рг = — (см. формулы (3), (7)).

Получена устойчивая связь между ними:

Ей = Л (Рг)-1/2, (8)

откуда, в первом приближении, имеем оригинальную расчетную формулу для оценки ударных давлений лавины р = а:

(9)

где А — безразмерный коэффициент, имеющий 2 значения — для малых и крупных блоков.

Опыты, использованные В. И. Ядрошниковым, производились при скоростях блоков от 2 до 18 м/с н при размерах блоков (/) от 0,8 до 6 м. При измерениях ударов естественных лавин характерная длина / определялась из выражения

/=]/Лш,

где и — площадь задержанного «ударной» установкой лавинного конуса.

Автор предположил, что выражение (9) фундаментально для блоков из любых рыхлых материалов. Развивая исследования В. И. Ядрошникова, автор в течение 5 лет выполнил более 600 измерений ударов снежных блоков на лабораторной установке и сопоставил результаты с полевыми измерениями, выполненными автором на Южном Сахалине, на участке Усть-Каменогорск—Зыряновск и на автодороге Фрунзе— Ош. В планируемых опытах предусматривалось изменение линейного размера блоков снега в пределах 0,3—2 м. Для проведения исследований в 1986 г. на центральном стационаре НИЛ лавин вблизи Новосибирска построена экспериментальная установка. Установка состоит из металлической фермь: высотой 30 м, в верхней части которой закреплен кронштейг с блоками для подъемного троса. В нижней части установле на приемная часть, состоящая из железобетонного фундамен та и металлических листов, опирающихся на датчики давле ния. Снежные и грунтовые блоки для подъема на разную вы соту загружали в специальные контейнеры. Снежные блок! готовились из естественного снега высотой от 0,3 до 2 м. Пе

ред сбрасыванием п после удара снежного блока о препятствие производилось измерение его геометрических размеров, плотности и прочностных характеристик. Плотность блоков варьировала от 0,18 т/м3 (снег) до 1,8 т/м3 (грунт).

Ударные давления измерялись двумя способами:

1) тензометрическим;

2) фиксацией вдавливания стальных конусов в тарированные дюралюминиевые пластины.

Оценка скорости движущихся снежных масс производилась путем непосредственного расчета с учетом сопротивления воздуха и специальными датчиками с контактными преобразователями, работающими на замыкание и размыкание измерительной цепи прибора.

Выбор комплекса аппаратуры прибора для измерения давлений и скорости движения снега определялся частотой регистрируемых сигналов, частотными характеристиками отдельных элементов измерительной цепи и их взаимной увязкой так, чтобы выполнялось условие:

0)е » ш ,

где мо — частота собственных колебаний прибора, Гц; о> — частота регистрируемого сигнала, Гц.

По данным измерений, подтверждаемым другими исследователями, величина со не превышала 50 Гц. Частота собственных колебаний воспринимающей удар плиты имела порядок величины 200 Гц. Частота собственных колебаний датчиков давлений варьировала в пределах 200—700 Гц.

Общая схема установки для определения ударных давлений показана на рис. 1. Ударное воздействие воспринимается тензометрическим» датчиками Д\, Д2, Дз, Д\- Сигнал передается усилителю и после усиления на вход через коммутатор на аналогоцифровой преобразователь, позволяющий использовать ПЭВМ. При помощи прикладной программы «Снег» производится обработка полученных данных с выдачей результатов на экран дисплея п па печатающее устройство.

Второй способ измерения ударного давления — при помощи датчнка-пндентора В. П. Епифанова. Датчнк-индсптор представляет собой полусферу, выполненную из титанового сплава, с радиусом 25 мм. Действие этого датчика основано на пьезоэффекте. Регистрация и запись ударного давления идет на самозапоминающий осциллограф С-17 с последующей обработкой данных.

Ар— AjO— Ао— Ло—

Для контроля измерения ударного давления нспользовй-лнсь механические датчики давлений с фиксирующими элементами из дюралюминия. Расхождение полученных результатов колебалось в пределах 3—5%. Исследования проводились со снегом плотностью 180—560 кг/м3, температурой +2 ... — 30°С и влажностью до 22%. Ударные нагрузки возрастали до максимальных значений за 5—25 мс. На величину напряжений и длительность этой стадии процесса взаимодействия оказывали влияние плотность, скорость движения, температура и прочностные характеристики снежной массы, а также наличие на поверхности препятствия слоя снега. После достижения максимума наблюдалось снижение напряжений в 2—3 раза, а спустя 6—15 с от начала нагружения еще существовало давление величиной 15—25% от его максимальных значений.

На основе экспериментальных данных, полученных па центральном стационаре, полевых исследований, и результатов опытов, выполненных Б. Н. Ржевским, В. И. Салицкой, 10. Л. Якимовым, Б. Зальмом, Э. П. Исаенко, В. И. Ядрош-никовым и другими, автором найдены жесткие корреляционные связи между безразмерными комплексами Ей н Иг (рис. 2). Полевые данные и лабораторные измерения ударных давлений падающих снежных п грунтовых блоков не подтверждают привычную квадратичную зависимость ударного давления от предударной скорости, так что модель твердого тела и гидравлическая модель несостоятельны. Для расчетов можно использовать

С1 = 2,5 у V )' — крупные блоки;

о^=22 у V }'г — мелкие блоки.

Полученные соотношения для оценки величин нормальных давлений снежных масс рекомендованы для практического применения в расчетах снеголавинных нагрузок при выборе параметров лавинозащнтных сооружений.

В третьей главе изложены результаты физического моделирования работы тормозящих сооружений н их основные параметры.

Как выше сказано, механика работы сооружений, тормозящих движение лавин, неизмеримо сложнее механики тех же лавин, смещающихся по склону беспрепятственно пли встречающих сплошной барьер. Задача создания удовлетворительной теоретической модели практически неразрешима, по край-

ней мере, в ближайшей перспективе. Единственный путь — физическое моделирование.

Рис. 2. Зависимость критерия Ей ог числа Рг при ударах снежных масс о преграды:

/-/ = 6—15 м; 2—1 = 1 — 1,5 м; 3—1== 0,6 м; / = 0,14—0,36 м; опытные данные: 5 — НИИЖТа на Сахалине; 6 — Липатова Л. Ф., Салицкой В. И.; 7 —Якимова Ю. Л., Шуровой Л.Е.;

8—Ржевского Б. Н.; 9 — автора

Тормозящие сооружения в сущности являются пространственной решеткой, состоящей из достаточно прочных элементов. Каждый элемент характеризуется размером фактором формы Ф, шероховатостью поверхности /. Просветностыо й плоской решетки назовем отношение площади просветов к площади всей решетки по ее контуру , т. е.

Эффект действия решетки зависит от типа лавин, скорости их движения, свойств снега, его температуры т, рыхлости к, 12

влажности хи. Важнейшим критерием эффективности тормозящих сооружений следует считать отношение

где — удар, воспринятый г-м рядом тормозящих сооружений; Р — полный удар по сплошной вертикальной стенке; г( — функция всех вышеуказанных факторов (Ф)

г =,/(/, б, /,, Ф, [, т, и, ю).

Для изучения взаимодействия тормозящих сооружений с рыхлыми блоками автором сконструирована специальная установка, на которой размещались цилиндры с разной просвет-ностыо. Установка была оборудована датчиками, независимыми от металлической плиты, в свою очередь также установленной на датчиках. Использовалась описанная выше установка для сбрасывания снежных блоков. Опыты проводились при скорости падения 5—25 м/с со снегом плотностью 0,26— 0,47 т/м3, грунтом 1,27 т/м3. Перед сбрасыванием и после удара снежного блока проводились измерения его геометрических размеров, плотности, температуры и прочностных характеристик. Было выполнено 60 измерений ударов снежных и грунтовых блоков по решетке. На основании проведенных экспериментов следует, что эффективная просветпость первого ряда колеблется в пределах 37—42% (рис. 3). Влияние шероховатости существенно сказывается на перераспределении ударных-нагрузок (рис. 4).

В ходе экспериментов было выявлено, что сумма давления ор, воспринятого решеткой, и давления на плиту ап от прошедшего через решетку материала равно полному давлению <т0 на плиту при отсутствии решетки, а именно:

Автором получено простое выражение для расчета уменьшения скорости лавины ЛУ] (м/с) после прохода 1-го ряда тормозящих сооружений:

Л £>1'=Ио (1 — —\ , (10)

где и0 — скорость па подходе лавннных блоков к 1-й решетке, м/с; а„ — ударное давление, приходящееся на все последующие решетки (ряды), Па; п0 — полное ударное давление на сплошную стенку, Па.

Ь 13

Зр 1 ^п

Рис. 3. Зависимость удара от просветности тормозящих сооружений при разных скоростях снежных блоков:

7—у = 20 м/с; 2— и = 15 м/с; 3—у=10 м/с;

/г

4-о = 5 м/с; 5----=(1 -Р)

Рис. 4. Зависимость удара от шероховатости тормозящих сооружений при и=10 м/с:

}—шероховатая поверхность; 2 — гладкая по-

р

верхность; 3 ---- —— = (] —Р)

Г и

Уменьшение скорости лавины А и2 после 2-й решетки определяется так же, в предположении, что ко 2-й решетке подходит лавинный поток со скоростью Voi=vQ—А vi и т. д.

Расчеты показывают, что наиболее эффективен первый ряд. Шероховатость элементов ряда может намного увеличить эту эффективность.

Эксперименты показали эффективность австрийских тормозящих сооружений в виде грунтовых конусов высотой G— 8 м, с крутизной откоса 1 : 1,5, располагаемых в ряд поперек направлению движения лавин так, что их основания соприкасаются. Количество конусов в ряду определяется шириной лавинного потока, количество рядов — подходной скоростью лавины v0 (м/с) и размерами участка склона, расположенного между лавинным потоком и защищаемым объектом. Конусы каждого ряда располагаются со сдвижкой по отношению к конусам верхнего ряда на величину BJ2, т. е. их следует размещать в шахматном порядке. Расстояние между осями рядов грунтовых конусов принимается равным (4—5) Hzoор. (// — высота конуса, м). Просветность конусов определяется только в полосе высотой Лл, соответствующей высоте наиболее плотной части лавинного тела (3—4 м). Конусы 1-го ряда полезно снабжать железобетонными «шпорами» для увеличения шероховатости. Высота шпор:

АП1 = АЛ < И.

В четвертой главе приведены результаты внедрения исследований в практику проектирования и строительства лавнпо-защитных сооружений.

Автор участвовал в проектировании лавинозащнтных сооружений на Южно-Сахалинском отделении Дальне-Восточной железной дороги и на участке Усть-Каменогорск—Зыряновск, где строились лавпнозащитные галереи.

Им проектировались и строились противолавннные устройства на особо лавиноопасной автомобильной дороге Бишкек— Ош. Применялись, как правило, экологически чистые средства III класса— застройка склонов снегоудержнвающими преградами.

На огромном Кочка-Булакском логе «миллионщике» (247 км дороги) впервые в пределах б. СССР применена система тормозящих холмов в сочетании со снегоудержнвающими заборами в верхней части лога (рис. 5).

Рис. 5. План Кочка-Вулакского лавиноопасного лога

Лог представляет собой три воронки — кара с одним выходным лотком общей площадью 650 га. Превышение верхней части лога над дорогой равно 1,3 км, длина схода лавин по логу 3,1 км. Объем мокрых лавин достигал 2,5—3 млн мя. Высота завалов над дорогой доходила до 50 м. Завал перекрывал также течение реки Чичкан, и плотная снежная дамба угрожала прорывом накопленной воды с образованием селя. Перенос трассы на левый берег в виде крутого скального мыса был невозможен. Запроектированная здесь институтом Кыргыздортранспроект галерея не предотвращала селевую опасность. Завалы приводили к прекращению движения по дороге на 2—3 месяца. 16

4 апреля 1Й90 г., когда успели построить не полностью только 3 ряда холмов, гигантская лавина объемом 650 тыс. м3 была задержана перед дорогой, и движение машин не прекратилось.

Общая стоимость сооружения заборов и холмов (с применением вертолетов) составила 247 тыс. р. с экономией средств только на этом участке 1,5 млн. р. по сравнению со строительством галереи по проекту Кыргыздортрансироект.

С учетом проведенных исследований разработаны:

1. Руководство по комплексной защите железнодорожного пути от снежных заносов и лавин.

2. Инструкция по защите горных железных дорог от снежных лавнн.

Опытное строительство н последующая эксплуатация про-тиволавинной защиты в виде подпорных стен, снсгоудержина-ющих сооружений, лавинотормозящих сооружений, запроектированных й согласии с исследованиями автора, показало их высокую надежность и экономичность.

В приложении к диссертации приведены итоги обработки экспериментальных данных.

Основные выводы и предложения:

1. При защите горных железных и автомобильных дорог от лавнн используются в мировой практике галереи, удерживающие заборы и лавинотормозящие сооружения. В настоящее время слабо экспериментально исследована динамика снежных лавин применительно к оценке их силового воздействия на противолавинные сооружения, недостаточно учитывается природоохранный фактор при их выборе. Поэтому обоснованный выбор основных параметров протнволавииных сооружений при защите горных дорог был затруднен, и эти сооружения строились с избыточными резервами прочности и завышенными строительными затратами.

2. Впервые разработана классификация противолавнппых мероприятий с приматом экологического фактора..

3. Исследованиями процесса взаимодействия «компактных» снежных лавин с препятствиями методом физического моделирования установлены в критериальной форме новые связи между величинами, определяющими этот процесс. На их основе получены соотношения для оценки ударного взаимодействия лавины и преград в зависимости от скорости движения, плотности и других факторов.

4. Впервые проведены серии многочисленных экспериментов по физическому моделированию удара рыхлых масс по

жестким решеткам, что прояснило суть воздействия тормозящих устройств па движение плотных лавин.

5. По результатам проведенных исследований разработаны рекомендации по выбору экологически чистой нротивола-нинной защиты горных железных и автомобильных дорог. Эти рекомендации гюслужнлн основой для разработки технических проектов и были учтены при составлении «Руководства но комплексной защите железнодорожного пути от снежных заносов и лавин», «Инструкции но защите горных железных дорог от снежных лавин».

6. Строительство протнволавинных устройств по этим техническим проектам позволило сократить строительную стоимость лавинозащитных сооружений на 35—40% по сравнению с затратами по смете для этих же объектов, запроектированных согласно действующим нормативным документам. Построенные сооружения показали свою высокую эффективность, особенно система тормозящих сооружений в сочетании с верховой застройкой па гигантском Кочка-Булакском логе.

Изложенное выше позволяет автору надеяться, что им решена задача выбора основных параметров лавинозащитных сооружений при защите горных железных и автомобильных дорог на основе количественной оценки снеголавинных нагрузок и других факторов.

Основные положения и выводы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Исаков Л. М., Жилин А. AI. К определению расчетных параметров протнволавинных сооружении па ж.-д. линии Усть-Каменогорск—Зыря-новск. Тр. / Новоспб. ин-т инж. ж.-д. трапеп. 1972. Вып. 141. С. 120—128.

2. Исаков Л, AI., Жилин А. AI. Некоторые результаты изучения условий образования лавин на ж.-д. линии Усть-Каменогорск—Зыряповск. Тр./Новоспб. ин-т. ипж. ж.-д. трансп. 1972. Вып. 141. С. 129—153.

3. Исаков Л. AI., Жилин А. М. К выбору типов протнволавинных мероприятий на железнодорожной линии Усть-Каменогорск—Зыряповск. Тр. / Новоспб. ин-т инж. ж.-д. трансп. 1973. Вып. 147. С. 70—77.

4. Жилин А. AI., Исаков Л. М. К изучению геоморфологии и снегонакопления на лавиноопасных склонах с помощью стереофотограмметриче-скои съемки. Тр. / Новосиб. ин-т инж. ж.-д. трансп. 1970. Вып. 115. С. 16—21.

5. Дюнин А. А'., Жилин А. AI. и др. Инженерное лавиноведепие // Вопросы проектирования, строительства и реконструкции железных дорог в суровых климатических условиях. Новосибирск, 1988. С. 5—17.

6. Омуралиев AI. О., Жилин А. AI., Авдеев Л. AI. Современное состояние изучения условий образования лавин на автомобильной дороге Фрунзе—Ош//Опыг и проблемы обеспечения безопасности бесперебойности

движения поездов на снегозаноснмых участках железных дорог. Новосибирск, 1986. С. 24.

7. Тюлигенов К. А., Жилин А. М. и др. Проектирование комплексной застройки лавиноопасных логов на дороге Фрунзе—Ош//Опыт и проблемы обеспечения безопасности и бесперебойности движения поездоп на снегозаноснмых участках железных дорог. Новосибирск, 1980. С. 25.

8. Жилин А. М. Экспериментальное исследование по определению расчетных нагрузок на лавннозащнтные сооружения // Опыт и проблемы обеспечения безопасности и бесперебойности движения поездоп на снегозаноснмых участках железных дорог. Новосибирск, 1986. С. 31.

9. Жилин А. М., Гербер А. Р. Технология строительства протнволавнн-ных сооружении//Лавины Сахалина и Курильских островов. Л.: Гидро-метнздат, 1974. С. 63—65.

10. Авдеев Л. М., Жилин А. М. Вопросы снегозащиты и борьба с лавинной опасностью на железных дорогах в экстремально природных условиях. // Вопросы ускорения научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. Новосибирск, 1§86. С. 31.

11. Жилин А. М., Толкачев Л. Ф. Технологический процесс уборки снега с железной дороги после профилактического сброса лавии // Тез. докл. науч.-техннч. конф., посвященной 50-летию СССР. Новосибирск, 1972. С. 137.