Вестник Кольского научного центра РАН. 2018, № 3.

В. П. Епифанов «Разброс» твердости снега в пределах одновозрастных слоев изменяется от 9 до 44 % при относительной ошибке для однородного материала 5-7 %. Факт большого разброса твердости может быть объяснен степенью завершенности процесса рекристаллизации. Изменения текстуры снега наблюдались нами и ранее [7]. Возможно, что к моменту проведения измерений половина первоначальной равновесной текстуры «перешла» в другое квазиравновесное состояние. Отметим, что снег в некоторых разновозрастных слоях имел почти одинаковые значения плотности (например, 0,43 и 0,41 г/см3), но существенно разные (70 кПа / 2,8 кПа = 2,5) значения твердости. Из этого следует, что, во-первых, плотность снега не однозначно характеризует его механические свойства и, во-вторых, в разновозрастных слоях присутствуют как «плотные», так и «рыхлые» структурные неоднородности. Таким образом, выполненная серия экспериментов подтверждает, что в одновозрастном слое снега могут содержаться неоднородности, которые являются результатом непрекращающегося процесса вторичного метаморфизма. Твердость одновозрастного снега. В этой серии экспериментов выбран один визуально однородный толщиной 13 см слой снежного покрова и рассматривается реакция снега на горизонтальное (параллельное межслоевым прослойкам) индентирование двумя разными наконечниками. Характеристики исследуемого: плотность — 366±9 кг/м3, диаметр зерна — 0,6±0,1 мм, модуль сдвига — 7308±15 МПа, коэффициент Пуассона 0,26±0,01, динамический модуль упругости — 2,2±0,1 ГПа, объемный модуль упругости — 1,53±0,07 ГПа, время релаксации — 330-377 с, сдвиговая вязкость снега — 240-270 ГПа, вязкость разрушения — 29±2 кПам0,5 при Ts = -15 °С. Применены большой (6^6 см2) крестообразный наконечник и малый (диаметром 0,9 см) конический типа Хеффели (тупой). Миделево сечение большого наконечника около 2,5 см2 (см. рис. 1), малого — 0,64 см2. Рабочие поверхности наконечников были равны около 72,8 и 4,24 см2 соответственно. Индентирование выполняли в средней части слоя, на фиксированных расстояниях от одной точки измерений до другой. Результаты измерений приведены на рис. 3. Экстремумы на экспериментальных кривых подтверждают присутствие в одновозрастном слое неоднородностей с эффективным диаметром (~1 см) и расстоянием между неоднородностями (около 15 см). Косвенным подтверждением присутствия неоднородностей являются метеоданные с близко расположенной метеостанции о ливневых дождевых осадках, относящиеся ко времени формирования исследуемого слоя. Наконечник малых размеров (конический) реже, чем крестообразный, «наталкивается» на эти неоднородности. Поскольку вероятность прямого попадания в такую «мишень» для наконечника малых размеров мала, то на нижней кривой наблюдают один пик и небольшие отклонения от средних значений. Возможно, что причиной этих отклонений является прохождение наконечника вблизи неоднородности. Зависимость между структурой снега и параметрами акустического сигнала. В визуально однородных слоях снега разной плотности и возраста были измерены и рассчитаны собственные резонансные частоты. Расчет выполняли для первой гармоники, как наиболее достоверной при фиксированных значениях жесткости связей зерен (k = 15,5 и 56 Н/м) [10]. Наилучшее (±0,015 %) соответствие расчетных и экспериментальных значений получено для 6-го и 9-го слоя (k = 56 Н/м), что соответствует предположению о завершении стадии формирования текстуры снега в этих слоях и преимущественном виде напряженного состояния (изгиб). В нижнем слое — 11-м, если судить по соответствию экспериментальных значений теоретическим значениям, при k = 15,5 Н/м изменяется вид напряженного состояния (изгиб сменяется растяжением). К тому же отклонения от теоретических значений в сторону, характерную для увеличения размеров зерен, 174 http://www. naukaprint.ru/zhurnaly/vestnik/