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Calculations of Avalanche Friction Coefficients from Field Data

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

M. Martinelli Jr
Affiliation:
Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station, 240 West Prospect Street, Fort Collins, Colorado 80526, U.S.A.
T. E. Lang
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59717, U.S.A.
A. I. Mears
Affiliation:
222 East Gothic Avenue, Gunnison, Colorado 81230, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The friction coefficients needed to solve Voellmy’s avalanche-dynamics equations and as input to the numerical, finite-difference computer program AVALNCH are calculated from case studies. The following coefficients of internal friction v and of surface friction f worked well for program AVALNCH: for midwinter dry snow v = 0.5 to 0.55 m2/s and f = 0.5 to 0.55; for hard slab v = 0.7 to 0.8 m2/s and f = 0.7 to 0.8; for fresh, soft slab v = 0.4 to 0.5 m2/s and f = 0.4 to 0.5. The program predicted run-out distance well for a variety of conditions but performed less well in cases of sharp, adverse grade in the run-out zone. For the Voellmy approach, large design-size avalanches required turbulent friction coefficients ξ of 1200 to 1600 m/s2 and kinetic friction coefficients of 0.15. Two hard-slab avalanches, a slow-moving,wet-slab avalanche, and a soft-slab avalanche that ran through scattered mature timber required ξ of 700 to800 m/s2 and μ of 5/V when V is velocity in m/s. The coefficient of sliding friction for a hard-slab avalanchethat encountered damp snow in the run-out zone was computed directly from movies to be 0.35, 0.43, and 0.32 for three measured sections of the run-out zone.

Résumé

Résumé

A partir de cas é tudiés,provenant principalement du Colorado, on a calculé les coefficients de frottement nécessaires pour résoudreles é quations de Voellmy et établi le programme numérique aux differences finies AVALNCH. Pour leprogramme AVALNCH les coefficients de friction interne v (de 0,5 à 0,55 m2/s) et de frottement superficiel f de 0,5 à 0,55 sont bom pour la neige séche du mi-hiver, tandis que les valeurs 0,7 à 0,8 m2/s et 0,7 à 0,8 s’appliquent aux plaques dures et 0,4 à 0,5 m2/s et 0,4 à 0,5 pour les plaques douces et neige fratche. Ladistance d’arret prédite par le programme est correcte dans des conditions variables mais on a connu certainesdiffieultés dans des cas de pente inverse forte dans la zone d’etalement. Selon l’approchc de Voellmy uneenveloppe de la zone d’avalanehe est obtenue avec une friction turbulente ξ de 1 200 à 1 600 m/s2 et unefriction cinétique de 0,15, Deux avalanches de plaque dure, une avalanche lente de neige mouillée et uneavalanche de plaque douce qui a traversé une foriê claire, mure supposeftt que ξ ait été de 700/800 m/s2et μ de 5/V où V la vitesse en m/s. Le coefficient de frottement de glissement pour une avalanche de plaquedure qui a rencontr é de la neige humide dans la zone de dépôt a été calculé directement à partir d’enregistre-ment cinématographique comme étant de 0,35 à 0,43 et 0,32 pour les trois sections mesurées de la zone de dépôt.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Aus Fallstudienwerden die Reibungskoeffizienten berechnet, die zur Lösung der Lawinendynamik-Gleichung von Voellmyund f ür das numerischc, mit finiten Differenzen arheitende Computerprogramm AVALNCH benotigtwerden. Im Programm A VALANCH erwiesen sich die folgenden Koeffizienten der inneren Reibung v undder Oberflächenreibung f als zustreflend: für trockenetl Mittwinlerschnee v = 0,5-0,55 m2/s und f = 0,5-0,55; für harte Schneebretter v = o,7-0,8 m2/s und f =0,7-0,8; für frische, weiehe Sehneebretterv = 0,4-0,5m2/s undf= 0,4-0,5. Das Programm berechnete richtige Reichweiten für eine Vielfalt von Bedingungen,doch traten Schwierigkeiten im Fall von scharl'en Gegenhängen in der Auslaufzone auf. Bei der Voellmy-Nahcrung erforderten breit angelegte Lawinen Koeffizienten von 1 200 bis 1 600 m/s2für die turbulenteReibung ξ und von 0,15 für die kinetische Reibung. Zwei harte SrhneebreUlawincn, deren eine feucht undlangsam, die andere hingegen weich war und durch schütteren abging, erforderten ein ξ von700 bis 800 m/s2 und ein μ von 5/V, wobei V die Gesrhwindigkeit in m/s bedeutet. Der Koeftizient dergieitenden Reibung für eine harte Schneebrettlawine, die in der Auslaufzone auf fcuchten Schnee traf,wurde aus Filmaufnahmen direkt zu 0,35, 0,43, und 0,32 für drei beobachtetc Sektioncn der Auslaufzoneberechnet.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
Figure 0

Table I. Summary of the physical parameters and field data for nineteen case studies

Figure 1

Table II. Summary of case studies using program AVALNCH

Figure 2

Table III. Internal friction v and surface friction f coefficients for usewith program AVALNGH

Figure 3

Table IV.

Figure 4

Fig. 1. Sliding block run-out model

Figure 5

Table V. SUMMARY OF COEFFICIENTS NEEDED TO FIT FIELD DATA AT CHAPMAN GULCH

Figure 6

Fig. 2. Slushman avalanche flowing through the upper part of the run-out zone. (Photograph bv R. G. Oakberg, Montana State University.)

Figure 7

Table VI. Travel time and velocity between marker trees,Slushman avalanche

Figure 8

Table VII. Changes in velocity and coefficients of friction,Slushman avalanche