No abstract

В августе 2020 года был проведён эксперимент по измерению скорости искусственного связного (грязевого) селя на лабораторном стенде. Стенд: прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. В лотке установлены 4 вешки для измерения гидродинамического напора селя. Уклон лотка: 29°. Движение селя снималось скоростной видеокамерой. Измерялись скорость и скоростной напор грязевого селя. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном 2 210 кг/м3. Плотность суглинка – 1 910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2 210 кг/м3. Преобладающая часть тонкодисперсных фракций грунта селевой смеси – пылеватые частицы размером менее 0,25 мм (34%). Плотность селевой смеси 1 880 кг/м3. Плотность селевых отложений составила 2 040 кг/м3. Характер движения потока – турбулентный. Скорость селя на разных участках постоянно изменялась, что говорит о постоянном изменении динамической и эффективной вязкостей потока. На это же указывает и характер обтекания селем препятствий. Сравнение результатов измеренных скоростей селя со скоростями, рассчитанными по разным методикам, основанным на структуре формулы Шези (для ньютоновских жидкостей) и по величине гидродинамического напора показало сильный разброс рассчитанных значений. Методики либо сильно завышают, либо, наоборот, сильно занижают измеренные значения. Вероятно, это вызвано тем, что связный сель не является ньютоновской жидкостью, а является жидкостью неньютоновской. Наиболее близкий физический аналог связного селя – псевдопластичная жидкость, вязкость которой уменьшается при увеличении напряжения сдвига. Скорость связных селей необходимо рассчитывать как скорость потоков неньютоновских жидкостей. В качестве физической модели связного селя целесообразно использовать модель Бингамовской жидкости, течение которой подобно течению связных селей (грязевых и грязекаменных). In August 2020, an experiment was conducted to measure the velocity of an artificial coherent mudflow on a laboratory stand. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m, slope – 29°. 4 racks were installed in the tray to measure the hydrodynamic pressure of the mudflow. The movement of the mudflow was filmed by a high-speed video camera. Velocity of artificial mudflow were measured. Most of the mudflow mixture soil is made up of particles less than 0.25 mm in size (34%). The density of the prepared mudflow mixture was 1 880 kg/m3. Density of mudflow deposits 2 040 kg/m3. Despite the small values of the Reynolds number, the turbulent movement of the mudflow was observed. Comparison of the results of the measured mudflow velocities with the velocities calculated by different methods of calculating the mudflow velocity based on the structure of the Shezi formula (for Newtonian fluids) showed a strong variation of the calculated values. The methods either greatly overestimate or, on the contrary, greatly underestimate the measured values. This is probably due to the fact that the connected mudflow is not a Newtonian fluid, but a non-Newtonian fluid. The closest physical analogue of a connected mudflow is a pseudoplastic (non-Newtonian) fluid whose viscosity decreases with increasing shear stress. As a physical model of a connected mudflow, it is advisable to use the Bingham fluid model, the flow of which is similar to the flow of coherent debris-flows and mudflows.

Разработан и изготовлен стенд для исследования динамических характеристик селей и физического моделирования селей. Стенд представляет собой прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. Уклоны лотка изменяются от 10о до 45о. Выше лотка устанавливается ёмкость, заполняемая водой или приготовленной селевой смесью. Для наблюдения за внутренней структурой селевого потока обе стенки селевого лотка выполнены прозрачными. В лотке могут быть установлены металлические штанги для размещения тензодатчиков для измерения давления, скорости и температуры. Процесс движения селя через прозрачную стенку селевого лотка снимается скоростной видеокамерой. В ноябре 2019 г. был проведён эксперимент по измерению скорости селя. Измерялись скорость и скоростной напор водного потока и искусственного грязекаменного селя. Лоток был установлен с уклоном 12о. По лотку был пущен водный поток (для измерения скорости потока и величины скоростного напора, которые затем использовались как эталонные значения). Затем по лотку был пущен поток из подготовленной селевой смеси. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном залегании 2210 кг/м3. Плотность суглинка – 1910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2210 кг/м3. Измеренная по методу Стокса динамическая вязкость селевой массы составила 0,0498 Пуаз. Рассчитанная кинематическая вязкость селевой массы составила 0,0928 Стокс. Поскольку данных о скорости селей, измеренных непосредственно во время его движения, недостаточно, особую важность приобретают методы расчёта скорости селя по его следам, определённые при полевых исследованиях после схода селя. Одной из таких методик является методика определения скорости селя по величине скоростного напора: по следам селя (обмазкам) на стволах деревьев и т.д. Эта методика основана на формуле Э. Торричелли. Результаты эксперимента показали: скорость грязекаменного селя, рассчитанная по величине скоростного напора, оказалась ниже измеренной скорости до препятствия и выше измеренной скорости после препятствия. Измеренная скорость прохождения селем всего лотка оказалась близка к рассчитанной. Литература Виноградов Ю.Б. Искусственное воспроизведение селевых потоков на экспериментальном полигоне в бассейне р. Чемолган // Селевые потоки: сборник. М.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 3-7. Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с. Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Боброва Д.А., Окопный В.И., Казакова Е.Н., Рыбальченко С.В. Условия формирования связных селей при слабых осадках и распределение динамических характеристик в селевом потоке // Геориск. 2015. № 4. С. 12-16. Степанов Б.С., Степанова Т.С. Механика селей: эксперимент, теория, методы расчета. М.: Гидрометеоиздат, 1991. 379 с. Vinogradova T.A., Vinogradov A.Yu. The experimental debris flows in the Chemolgan river basin. Natural Hazards. 2017. Vol. 88. Iss. 1. Supplement. P. 189-198. DOI: 10.1007/s11069-017-2853-z Wei F., Yang H., Hu K., Hong Y., Li X. Two methods for measuring internal velocity of debris flows in laboratory // WIT Transactions on Engineering Sciences. 2012. Vol 73. р. 61-71. DOI: 10.2495/DEB120061 Designed and manufactured a test stand for the dynamic characteristics of debris-flows and for physical modelling of debris-flows. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m. The slopes of the tray vary from 10o to 45o. Rods are installed in the tray to accommodate load cells for measuring pressure, speed and temperature. The process of moving the debris-flow through the transparent wall of the debris-flow tray is filmed by a high-speed video camera. During the experiment, the velocity and high- velocity pressure of water flow and artificial debris-flow were measured. The tray was installed with a slope of 12o. Water flow was started up on the tray (to measure the flow rate and the value of the velocity head, which were then used as reference values). Then the tray was put into the flow of the prepared debris-flow mixture. The debris-flow mixture was prepared from a dredged-crushed proluvial-deluvial deposits of Holocene age with a loamy aggregate with a density of 2210 kg/m3. The density of the prepared debris-flow mixture was 1756 kg/m3. Dynamic viscosity of the debris-flow mass measured by the Stokes method was 0.0498 Poise, kinematic viscosity of the debris-flow mass was 0.0928 Stokes. Data on the debris-flow velocity measured directly during its movement of the debris-flow is not enough. Therefore, methods for calculating the speed of a debris-flow slide in its are important. One of these methods is the method of calculating the debris-flow velocity by the magnitude of the speed head (on the traces of the debris-flow on the trunks of trees). That method is based on the formula of E. Torricelli. The results of the experiment showed that the measured debris-flow velocity, calculated from the magnitude of the velocity head, was lower than the measured velocity before the obstacle and higher than the measured velocity after the obstacle. The measured velocity of the debris-flow passage of the entire tray was close to the calculated one. References Kazakov N.A., Gensiorovskij Y.V., Bobrova D.A., Kazakova E.N., Okopnyj V.I., Rybalchenko S.V. Usloviya formirovaniya svyaznykh selei pri slabykh osadkakh i raspredelenie dinamicheskikh kharakteristik v selevom potoke Conditions of formation of cohesive debris flows in low precipitation and the distribution of the dynamic characteristics in debris-flow channel. Georisk Georisk, 2015, no. 4, pp. 12-16, 56. (In Russian abstract in English). Stepanov B.S., Stepanova T.S. Mekhanika selei: eksperiment, teoriya, metody rascheta Mudflow mechanics: experiment, theory, calculation methods. Moscow, Publ. Gidrometeoizdat, 1991. 379 p. (In Russian). Vinogradov Yu.B. Iskusstvennoe vosproizvedenie selevykh potokov na eksperimentalnom poligone v basseine r. Chemolgan Artificial reproduction of mudflows at an experimental training ground in the Chemolgan River Basin In: Selevye potoki: sbornik Mudflows: collection. Moscow, Publ. Gidrometeoizdat, 1976, pp. 3-7. (In Russian). Vinogradov Yu.B. Etyudy o selevykh potokakh Etudes about mud stream. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1980. 144 p. (inRussian). Vinogradova T.A., Vinogradov A.Yu. The experimental debris ows in the Chemolgan river basin. Natural Hazards, 2017, vol. 88, iss. 1. Supplement, pp. 189-198. DOI: 10.1007/s11069-017-2853-z Wei F., Yang H., Hu K., Hong Y., Li X. Two methods for measuring internal velocity of debris flows in laboratory. WIT Transactions on Engineering Sciences, 2012, vol 73, pp. 61-71. DOI: 10.2495/DEB120061

Автомобильные и железные дороги острова Сахалин, а также многие населенные пункты на большом протяжении расположены вдоль береговой линии моря, в нижней части зоны транзита селей. Селевые потоки причиняют ущерб в виде завалов и повреждений дорожного полотна. В некоторых районах острова расположены участки, где количество селевых бассейнов составляет 30-40 шт/км. В основном это склоновые сели, которые формируются ежегодно во время выпадения жидких осадков и объем которых может достигать 500м3. В то же время селевые потоки могут выполнять важную роль в формировании пляжей и защите от абразии за счет выноса материала в приустьевую часть водотоков. Вынос селевого материала в береговую зону на острове Сахалин осуществляется на побережьях заливов Терпения, Анива, Татарского пролива и на других участках. Пляжевые накопления, узкой полосой протягивающиеся вдоль морского берега, являются лучшей его природной защитой от разрушения. Поэтому необходимость строительства селепропускных сооружений обусловлена не только потребностью в защите дорожного полотна, но и важностью транспортировки селевого материала в пляжевую зону. Характеристики селевых потоков в береговой зоне острова отличаются по ряду параметров, таких как объем селей, частота формирования селей, тип селей, размер переносимых обломков горных пород, поэтому при выборе селезащитного сооружения необходимо руководствоваться как параметрами селевых потоков, так и ролью селевых отложений в формировании пляжей. В работе рассматривается современное состояние водо- и селепропускных устройств под дорогами в приустьевых частях селевых рек, а также целесообразность выбора селезащитных сооружений в зависимости от характеристик селей и селевых бассейнов. The significant part of roads and railways of the Sakhalin Island are located in the coastal zone of the sea, in the lower part of the debris flow transit zone. Debris flows cause blockages and damage to the roadways. In some areas of the island are sites where the number of debris flow basins is 30-40 per km. Basically, these are slope debris flows, which are formed annually during precipitation of liquid precipitation, and whose volume can reach 500 m3. At the same time, debris flows can play an important role in the formation of beaches and protection from abrasion due to the removal of material to the mouth of the rivers. Transport of debris flow material to the coastal zone on the Sakhalin Island is carried out on the coasts of the Gulf of Patience, the Gulf of Aniva, the Tatar Strait, etc. Beach savings are the best of its natural protection against destruction. Therefore, the need to build seepage facilities is due not only to the need to protect the roadway, but also the importance of transporting debris flow material to the beach area. Characteristics of debris flows in the coastal zone of the island differ in a number of parameters, such as the volume of debris slides, the frequency of formation of debris flows, the type of debris flows, the size of carried fragments of rocks therefore, when choosing a debris flow protection facility, it is necessary to be guided both by the parameters of debris flows and by the role of debris flows in the formation of beaches. The paper examines the current state of water chute and debris flows chute under the roads in the near-mouth parts of debris flow rivers, as well as the expediency of selecting debris flow protection structures depending on the characteristics of debris flows.

The authors of this article describe the results of GPR tests for indicating the layers of snow strata and determining their properties, allowing for forecasting of avalanche hazards. The GPR tests were carried out during the winter season 2021/2022. Trenches were dug in the snow, in the wall of which long metal rods (markers) were installed, which are the reflectors for the GPR and make it possible to distinguish the boundaries of layers on the radarogram. As a result of conducting GPR sounding of the snow cover, radarograms were obtained, on which the layered structure of snow can be read. Using the GeoScan32 software, dielectric permittivity values were obtained for 19 layers of snow strata with different properties. Correlations were obtained between dielectric permittivity and temperature, crystal diameter, snow layer density, and snow layer water storage. The resulting dielectric permittivity relationships reveal the strongest correlations between dielectric permittivity and density, with a higher correlation coefficient for dry snow than for wet snow. The values of dielectric permittivity obtained from GPR were also compared with calculated values derived from a number of empirical correlations with snow density.