Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Shear and normal stresses measured on the Weissfluhjoch Snow Chute
Shear stresses on the running surface are believed to crucially determine the flow of snow avalanches. Measurements of shear and normal stresses on the running surface are presented as well as measurements of flow depth of snow flows down the Weissfluhjoch Snow Chute before and after a reduction of the chute’s inclination. In the measurements before the inclination change, maxima of measured normal stresses agreed with the maxima of the normal component of the column weight calculated using pre-release snow density. After the reduction of inclination, stresses increased considerably and the magnitude of the increase depended on the density of the flow. Using the measurements of normal stress and flow depth before the inclination change, a depth-averaged flow density was computed. The flow density was lower in the front and the tail of the avalanches and approached the pre-release density in the avalanche body. The ratio of measured shear to normal stresses, the coefficient of friction, was higher in wet snow flows than in dry snow flows. Upon analysis of the dependence of the coefficient of friction on parameters varying between the experiments, higher coefficients of friction for higher densities, snow and air temperatures, and average avalanche velocities were found. The total avalanche volume correlated negatively with the coefficient of friction. Measured coefficients of friction were generally lower as expected for flows of constant velocity, which might indicate the importance of other frictional processes such as friction at the snow–air interface, which is supported by the evolution of small dilute snow clouds on top of the flows that consisted of dry snow.
On pense que les caractéristiques des avalanches de neige dépendent des contraintes de cisaillement qui s’exercent sur la surface d’écoulement de la neige. Nous présentons ici les mesures des contraintes normales et de cisaillement qui s’exercent sur la surface d’écoulement de la neige ainsi que les mesures de la profondeur de l’écoulement de neige. Ces mesures ont été effectuées sur le dispositif d’essais de chute de neige Weissfluhjoch avant et après réduction du degré d’inclinaison de la pente du dispositif. En examinant les mesures prises avant modification du degré d’inclinaison, on constate que les valeurs maximales des contraintes normales mesurées coïncident avec celles de la composante normale du poids de la colonne de neige, calculé à l’aide de la densité de la neige avant sa chute. Après la réduction du degré d’inclinaison, on a observé que les contraintes augmentaient considérablement et cette augmentation dépendait de la densité de l’écoulement. À partir des mesures des contraintes normales et de la profondeur de l’écoulement de neige avant modification du degré d’inclinaison, on a calculé la densité de l’écoulement moyenne sur toute la profondeur de l’écoulement. On a constaté que la densité de l’écoulement était plus faible au niveau du front et de la queue des avalanches et qu’elle se rapprochait de la valeur de la densité de la neige avant sa chute dans le corps de l’avalanche. On a observé que le rapport entre les valeurs mesurées des contraintes de cisaillement et celles des contraintes normales, le coefficient de frottement, était plus élevé dans un écoulement de neige mouillée que dans un écoulement de neige sèche. En analysant les variations du coefficient de frottement en fonction des paramètres de chaque expérience, nous avons enregistré des coefficients de frottement élevés pour des valeurs élevées de densité, de température de la neige et de l’air et de vitesse moyenne de chute. En outre, on a observé que le volume total de l’avalanche était négativement corrélé avec le coefficient de frottement. Par ailleurs, on a constaté que les coefficients de frottement mesurés étaient généralement plus faibles que prévu dans le cas d’écoulement à vitesse constante. Cela montre que d’autres phénomènes peuvent jouer un rôle important, notamment les frottements à l’interface neige-air, hypothèse confirmée par l’évolution des petits nuages de neige diluée qui se forment au-dessus de l’écoulement et sont composés de neige sèche. [Traduit par la Rédaction]
Shear and normal stresses measured on the Weissfluhjoch Snow Chute
Shear stresses on the running surface are believed to crucially determine the flow of snow avalanches. Measurements of shear and normal stresses on the running surface are presented as well as measurements of flow depth of snow flows down the Weissfluhjoch Snow Chute before and after a reduction of the chute’s inclination. In the measurements before the inclination change, maxima of measured normal stresses agreed with the maxima of the normal component of the column weight calculated using pre-release snow density. After the reduction of inclination, stresses increased considerably and the magnitude of the increase depended on the density of the flow. Using the measurements of normal stress and flow depth before the inclination change, a depth-averaged flow density was computed. The flow density was lower in the front and the tail of the avalanches and approached the pre-release density in the avalanche body. The ratio of measured shear to normal stresses, the coefficient of friction, was higher in wet snow flows than in dry snow flows. Upon analysis of the dependence of the coefficient of friction on parameters varying between the experiments, higher coefficients of friction for higher densities, snow and air temperatures, and average avalanche velocities were found. The total avalanche volume correlated negatively with the coefficient of friction. Measured coefficients of friction were generally lower as expected for flows of constant velocity, which might indicate the importance of other frictional processes such as friction at the snow–air interface, which is supported by the evolution of small dilute snow clouds on top of the flows that consisted of dry snow.
On pense que les caractéristiques des avalanches de neige dépendent des contraintes de cisaillement qui s’exercent sur la surface d’écoulement de la neige. Nous présentons ici les mesures des contraintes normales et de cisaillement qui s’exercent sur la surface d’écoulement de la neige ainsi que les mesures de la profondeur de l’écoulement de neige. Ces mesures ont été effectuées sur le dispositif d’essais de chute de neige Weissfluhjoch avant et après réduction du degré d’inclinaison de la pente du dispositif. En examinant les mesures prises avant modification du degré d’inclinaison, on constate que les valeurs maximales des contraintes normales mesurées coïncident avec celles de la composante normale du poids de la colonne de neige, calculé à l’aide de la densité de la neige avant sa chute. Après la réduction du degré d’inclinaison, on a observé que les contraintes augmentaient considérablement et cette augmentation dépendait de la densité de l’écoulement. À partir des mesures des contraintes normales et de la profondeur de l’écoulement de neige avant modification du degré d’inclinaison, on a calculé la densité de l’écoulement moyenne sur toute la profondeur de l’écoulement. On a constaté que la densité de l’écoulement était plus faible au niveau du front et de la queue des avalanches et qu’elle se rapprochait de la valeur de la densité de la neige avant sa chute dans le corps de l’avalanche. On a observé que le rapport entre les valeurs mesurées des contraintes de cisaillement et celles des contraintes normales, le coefficient de frottement, était plus élevé dans un écoulement de neige mouillée que dans un écoulement de neige sèche. En analysant les variations du coefficient de frottement en fonction des paramètres de chaque expérience, nous avons enregistré des coefficients de frottement élevés pour des valeurs élevées de densité, de température de la neige et de l’air et de vitesse moyenne de chute. En outre, on a observé que le volume total de l’avalanche était négativement corrélé avec le coefficient de frottement. Par ailleurs, on a constaté que les coefficients de frottement mesurés étaient généralement plus faibles que prévu dans le cas d’écoulement à vitesse constante. Cela montre que d’autres phénomènes peuvent jouer un rôle important, notamment les frottements à l’interface neige-air, hypothèse confirmée par l’évolution des petits nuages de neige diluée qui se forment au-dessus de l’écoulement et sont composés de neige sèche. [Traduit par la Rédaction]
Shear and normal stresses measured on the Weissfluhjoch Snow Chute
Schaefer, Marius (Autor:in)
2015
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
Shear (Mechanics) , Density , coefficient of friction , coefficient de frottement , Stress analysis (Engineering) , Snow , Friction , chute experiments , Avalanches , propriétés de la neige , snow properties , snow avalanches , avalanches de neige , Shear stresses , Measurement , expériences de chute de neige , Methods
Shear and normal stresses measured on the Weissfluhjoch Snow Chute
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