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Forces on Structures Impacted and Enveloped by Avalanches

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

R. R. Pedersen
Affiliation:
The Boeing Company, Seattle, Washington, U.S.A.
J. D. Dent
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, College of Engineering, Montana State University, Bozeman, Montana 59717, U.S.A.
T. E. Lang
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, College of Engineering, Montana State University, Bozeman, Montana 59717, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

A computer code is reported that models two-dimensional flow of a snow-avalanche cross-section over a down-slope structure of arbitrary cross-sectional shape. Impact forces and pressure are predicted, and the flow pattern past the structure may be arrayed pictorially. The model is applied to the prediction of forces on rectangular obstacles which are of fractional height to the nominal avalanche flow depth for avalanche flow speeds up to 20 m/s. The program is applied to modeling an experiment by Salm of impact of snow blocks upon a slope-normal wall in order to demonstrate the accuracy of the code in comparison to impact-force histories measured by Salm. Difference between the experimental results and the computer simulation is less than 21%, and supporting discussion is given on factors that may account for the difference.

Résumé

Résumé

On présente un programme de calculateur qui simule l’écoulement bi-dimensionnel d’une section en travers d’une avalanche de neige sur un obstacle á l’aval de section variable. On prévoit les forces et les pressions á l’impact, et l’on peut représenter visuellement par des fléches le comportement de l’écoulement au passage de l’obstacle. On applique le modèle à la prévision des forces sur des structures rectangulaires dont les hauteurs sont des fractions de la hauteur totale de l'avalanche pour des vitesses d’avalanches allant jusqu’à it 20 m/s. On applique le programme à la modélisation d'une expérience menée par Salm du choc de blocs de neige sur un mur perpendiculaire à la pente en vue de démontrer la précision du programme en comparaison avec les forces d’impact réellement mesurées par Salm. La différence entre les résultats expérimentaux et la simulation par l’ordinateur est inférieure à 21% avec des discussions possibles sur les facteurs qui peuvent expliquer la différence.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Es wird über ein Rechenprogramm berichtet, das den zweidimensionalen Fluss eines Lawinenquerschnitts über ein hangabwärts liegendes Bauwerk mit beliebiger Querschnittsform modelliert. Die Kräfte und der Druck des Aufpralls werden berechnet; das Fliessmuster hinter dem Bauwerk kann bildmässig dargestellt werden. Das Modell wird zur Berechnung der Kräfte auf rechteckige Hindernisse verwendet, deren Höhe einen Bruchteil der nominellen Lawinenhöhe beträgt; die Fliessgeschwindigkeit kann bis zu 20 m/s betragen. Eine Anwendung gilt der Simulation eines Versuches von Salm über den Aufprall von Schneeblöcken auf eine hangparallele Mauer; sie ermöglicht eine Beurteilung der Genauigkeit des Programms durch Vergleich mit dem von Salm gemessenen Verlauf der Aufprallkräfte. Der Unterschied zwischen den Versuchs- und Rechenergebnissen liegt unter 21%. Die Faktoren, von denen diese Differenz herrühren kann, werden diskutiert.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1. Physical description of avalanche and impact obstacle.

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Fig. 2. Computer output of avalanche impact (lines added for emphasis). Cell designations are: 2 = full cell, 3 = surface cell, 4 = empty cell, and 5 = obstacle cell.a(upper left). Pre-impact (t < 0 s).b(upper right). Early impact (t = 0.001 s).c(lower left). Early overflow (t = 0.036s).d(lower right). Continued overflow(t = 0.088 s).

Figure 2

Fig. 3. Normal- and shear-force variation with time for impact of a 1.0 m-deep avalanche against a 0.6 m-high slope-normal obstacle at a nominal flow velocity of 15 m/s.

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Fig. 4. Secondary normal- and shear-force variation with avalanche velocity for different obstacle heights relative to avalanche flow depth.

Figure 4

Fig. 5. Computed normal stress compared to experimentally measured values. Block impact velocity = 12 m/s.