攀冰| 关于重复使用冰锥孔和冰洞强度的分析

冰期已至，全国各地攀冰爱好者开始纷纷逐冰踏寒，而攀冰运动近年在国内发展迅猛，以东北 ，西北，华北，西南区域最为代表，逐渐呈现出的攀冰场地，为全国攀冰爱好者提供了硬件条件！然而，攀冰做为一项具有户外风险运动，要求爱好者具有较强的攀冰技术来降低人为风险，从攀冰的装备使用到对冰壁的判断以及人个攀爬技术能力，逐一每个细节都可单独，详细的进行内容、安全讲解。而今天这篇是由J.Marc Beverly和Stephen W. Attaway进行的关于攀冰锚点强度的实地研究后做出的深度分析。

图片作者：玄天

作者进行了多次关于攀冰锚点的假设试验，重复使用的冰锥孔能够承受住UIAA的测试坠落，Abalakov冰洞保护站强度比冰锥更高。所有这些测试在2007-2008的冬季进行，并且对比了2005-2006年冬季进行短冰锥（大概13cm）强度的研究（冰锥的冲击分析：一个真实的世界的样子）。

什么是重复使用的冰锥孔？

重复使用冰锥孔是使冰锥旋入之前已经存在的冰锥孔中。这种使用方法已经存在多年，我经常在我的攀冰路线上使用这种方法，尽管这种方法在一些攀冰者看来很有质疑。

使用冰锥旋入一个之前已经使用过的冰锥孔，能更快，更轻松的旋入，但是它的强度足够高吗？

图片作者：George McEwan

有两种情况我会用这种方法，最常见的是当攀爬85°以上的冰壁时，由于冰的状态以及能放置冰锥的位置有限（由于垂直冰壁的形成使得冰可能很脆弱）。或到达冰况较好的地方时，我看到之前已经有攀冰者在同一个孔上放置冰锥。由于在其他位置钻孔可能会降低冰壁的强度所以我使用了已经放置过冰锥的孔。

很显然这又引出接下来的几个问题，之前使用的是什么型号的冰锥，之前钻孔时的天气和温度如何等等。基本上当我再次旋入冰锥时，如果冰锥能咬住冰，并且在旋入时能感觉到不断的阻力，我便能确定冰锥能设置的很好！另外一个优点是使用已经存在的孔能快速的旋入冰锥，这样能节省时间和体力，同时能降低你发生坠落的风险。

不过现在依然没有实际的测试数据解答这个问题-“这种保护点的强度有多少？”

Abalakov Thread.阿巴拉克夫V形冰洞。攀冰时的标准下降锚点。图片作者： George McEwan

阿巴拉克夫冰洞

阿巴拉克夫V形冰洞多年来已经成为攀冰下降的标准锚点。我第一次见它是在Allen Fyffe和 Iain Peters1990年的“攀登指南”中，并于当年冬天在法国攀冰时首次使用。但是它其实很早就开始被使用了，我询问了Allen，他回忆他第一次听说这个技术是在80年代初，但是谁最先使用依然是个迷。他回忆说苏格兰最多产的登山家Andy Nisbet在那时将这种技术称之为阿巴拉克夫三明治。

加拿大最有名的攀冰者 Joe Josephson曾经在他的攀冰指南“冰瀑”中写了一段关于冰洞历史的简短描述。Josephson说著名的俄罗斯攀登家Vitaly Abalakov发明了这个技术，但是没有明确的发明时间。2001年冬天在科罗拉多攀冰时，我碰见了几个美国攀冰者，他们告诉我阿巴拉克夫冰洞实际上是由Jeff Lowe发明的。在邮件中，Jeff Lowe告诉我“实际上我并不知道谁发明了V型冰洞，但是我的兄弟Greg在77年时给我展示了如何使用非穿过去的史纳格锚点，我在后来的70年代末的Lowe攀登技术手册上写下这一技术。Greg发展了这种技术，在结实的冰柱背后打孔，为了方便穿过扁带。他使用了V形冰洞的方法。顺滑的史纳格锚点设置非常快速，在一个合适的角度钻入，然后来回扭动使得冰眼足够顺滑可以穿过细绳，然后在另一个角度再钻一个，形成V形，  也许Abalokov更早或之后使用了这种技术，我也不知道…”

不管谁发明的这个方法都太巧妙了，这无疑让攀冰下降更安全，花费更少！多年来有进行过多次对阿巴拉克夫冰洞强度的研究，这些研究的结论都是阿巴拉克夫冰洞强度是足够的，有些时候非常结实。这也偏向了阿巴拉克夫冰洞要比冰锥更结实，以及结组时冰洞的强度已经足够了。但是Petzl在结冰的河面上做了一些测试发现阿巴拉克夫冰洞的强度比单根的冰锥强度要低，不过其失效强度已经足够作为下降或攀爬用的锚点。

图片作者：玄天

攀冰锚点强度测试

文章开始说的那篇由J.Marc Beverly 和Stephen W.Attaway写的文章“攀冰锚点强度的深度分析”进行了多项假设测试。

1.重复使用的冰锥孔的冰锥强度能够承受UIAA的测试坠落

2.一根长冰锥钻入一个浅的冰锥孔，其强度足够承受一个坠落。

3.短冰锥钻入一个深的冰锥孔强度和长冰锥钻入一个深冰锥孔的强度一样。

4.阿巴拉克夫V形冰洞锚点强度比冰锥大。

5. 阿巴拉克夫V形冰洞锚点的强度和其设置的区域有关而不是方向。

作者所说的足够的强度指7-8kN，这个数值是根据作者在“冰锥的冲击分析：一个真实的世界的样子”中的测试得出的。

国际登山，攀岩联合会（UIAA）使用80kg的重物对单绳和55kg的重物对半绳进行的测试。之所以半绳使用更低的测试重量是因为一根半绳在进行1.74坠落系数的坠落测试时只承担70%的重量。UIAA进行的测试是在最严酷的环境下进行的测试，因为保护端是固定的，半绳的首次冲击力峰值不得超过8kN，单绳不得超过12kN。

作者关于重复使用的冰锥孔的测试的其中一个挑战是他们认为“幸运的是，几乎没有报告称因为重复使用冰锥孔导致了受伤案例，缺少足够信息限制了我们进行追溯和研究。”尽管有很少的关于重复使用的冰锥孔的失效案例，攀爬者也倾向于认为如果一件装备或锚点这次是有效的，那么下次也依然有效（我猜倒过来说也是这样）。但是作者认为-“幸运大部分时候是眷顾攀登者的，但是我们不可能知道多么结实才是足够结实，如果我们不进行破坏性测试”。

在冰锥强度比阿巴拉克夫冰洞强度更高的案例中他们采纳了Petzl的非标准测试（之前提到的）说“在河床冰面上阿巴拉克夫冰洞的强度要比单根冰锥的强度低”。

为了探究他们的假设进行了两种测试。第一种是静态拉力测试（锚点承受缓慢增加的稳定拉力），将冰锥设置在湖中的冰面上。在描述这些测试时，作者说明湖面的冰结晶颗粒的尺寸与流水的冰壁非常类似（结晶颗粒的尺寸直接影响了冰裂缝的形成：更大的结晶颗粒更容易形成裂缝）所以冰锥在冰湖面上表现与攀冰冰壁上类似。使用冰冻的湖面进行测试也能解决一个问题就是能测试任何的攀冰锚点-这样能够得出一致的结构，并且能够进行直接的对比测试，如果需要控制测试中你发现的微小变量。湖面的结冰虽然不是最好的但是能够轻松的得到，而且能够轻易的接近。这样便能直接与Petzl之前的测试进行对比。

此外需要说明的是低速的施加拉力使得冰会发生延展，也就是说延展使得发生塑性形变，并且没有出现裂纹。这样冰锥的强度在静态拉力测试下会更大。如果拉力的施加速度加快冰锥的强度会降低，这样更像是实际情况下发生坠落时的冲击。

静态拉力测试的强度要比坠落测试的强度高20%，也就是说锚点在静态拉力测试下的强度要比坠落时高20%。他们同时认为测试存在着一些不同，由于湖面冰与瀑布冰相比缺陷更少，也就是说瀑布冰相比湖面冰有更多的变量。坠落测试在科罗拉多的Ouray的攀冰公园的两处冰壁上进行，不过两处冰壁的高度和方向会稍有不同。

为了测试冰锥的强度，作者在重复使用的冰锥孔和过度钻孔的锚点（将长的冰锥钻入一个浅的冰锥孔中）上进行测试。然后还进行了最糟糕的模拟情况，用短的冰锥钻入一个深的冰锥孔中。此外，作者说明了这些冰锥是已经在坠落测试和静态拉力测试中使用过的。这意味着一些冰锥在冰结构失效前就已经被拉断了挂片（其中一个冰锥的椎体中间发生了断裂）。如果一个冰锥之前就已经发生了明显疲劳的迹象就不会再使用。使用新的冰锥进行测试没有发生冰锥自身的机械失效。

测试时使用了多个品牌和长度的冰锥，尽管作者没有说明实际测试的那些厂商的冰锥，但是在文章的结尾处鸣谢了Grivel,Petzl和BD，所以我猜测他们测试了这几个主要厂商的冰锥。所有的重复使用的冰锥孔的冰锥设置角度都在0°至20°正角。

当测试阿巴拉克夫V形冰洞时作者进行了多个不同方向的测试。有水平（传统的穿绳方法，如图5），冰洞的内角分别为60°x60°x60°（冰洞面与冰壁垂直）；水平60°x60°x60°，冰洞面呈20度正角；竖直的冰洞，其中一个冰洞角度与冰壁垂直，另一个呈60°；以及60°x60°x60°的竖直冰洞。他们使用了7mm的Perlon辅绳以及1英寸的管式扁带设置冰洞锚点。

重复使用冰锥孔强度测试结果

那我们来看看结果中能发现些什么？作者在重复使用的冰锥孔上进行了15次的坠落测试和38次静态拉力测试。他们发现重复使用的冰锥孔的强度对于那些持有不可靠观点的人来说会非常惊讶，并且再次确认了那些信任这种锚点的人。

他们发现在重复使用的冰锥孔上进行坠落测试，其平均失效强度在10.6kN左右，而静态拉力测试的强度在11.1kN左右。他们对比了之前2005-062的短冰锥的研究（Grivel和Petzl的13cm短冰锥）。在正角度的短冰锥上进行的坠落测试平均失效强度为10.14kN。

出于好奇他们进行的一个重复使用的冰锥孔测试中得到了非常高的失效强度（22.5kN），他们说那枚冰锥挂着80kg的重物放置了一晚上大概10个小时，记录的最低温度低达-30℃。也就是说你挂在一个重复使用的冰锥孔的冰锥上并且度过了一个极其寒冷的夜晚。

所有的重复使用的冰锥孔的冰锥都是在正角度下进行的，8°-16°的冰锥强度更高（失效强度大于9kN），0°或大于25°的强度较低（7-8kN）。之前作者说明了在良好冰况条件下的冰锥强度在7-8kN，UIAA的坠落测试中半绳的冲击力低于8kN。

左图为正角度设置的冰锥 右图为负角度设置的冰锥 图片作者：George McEwan

注：UIAA的冰锥安全标准只测试了冰锥自身的机械强度，也就是说只有挂片和锥桶，而不是其在冰中的强度（EN测试中冰锥的强度不得低于10kN,UIAA测试中冰锥强度不得小于9kN）。

当使用不同长度的冰锥旋入不同深度的重复使用的冰锥孔后，他们发现在结冰的湖面上的静态拉力测试长冰锥的强度更高。但是长冰锥的强度更高并没有在坠落测试中被证明。但是作者也说明了仅仅有限次数的测试数据无法提供一个最可靠的结论。

阿巴拉克夫V形冰洞强度测试结果

在测试阿巴拉克夫V形冰洞后发现了最有意思的结论。之前作者进行了两个方向的阿巴拉克夫冰洞设置，水平和竖直的。所有阿巴拉克夫V形冰洞都是在结冰湖面上进行的静态测试。他们一共进行了18次水平和10次垂直拉力测试（或在报告1中所使用的冰洞）。所有的冰洞都是使用Grivel 360 22cm长的冰锥，钻60°x60°x60°的孔，长度约18cm x 18cmx 18cm（除了一个孔呈90°，另一个60°的冰洞）。部分测试的冰洞水平角度呈20度正角（和冰锥的放置角度类似）。

冰洞锚点使用7mm辅绳或1英寸的扁带设置。测试表明阿巴拉克夫V形冰洞的强度和两个冰洞的宽度和方向有关，如水平或垂直。这说明如果围住的区域越大，锚点的强度也越高。同时也发现垂直的锚点设置也提高了整体的强度。水平的阿巴拉克夫V形冰洞的平均强度为11.3kN，垂直的冰洞强度为14.4kN。尽管两者的强度有着较大的不同，但是好消息是它们都足够承受住攀冰者从单个冰洞锚点上发生坠落。

但是也要注意在几次的测试（3次测试）中冰洞的在低于7.5kN时发生了失效（7.5kN是攀冰者发生坠落的平均冲击力）。此外水平呈20度正角的冰洞强度要比完全水平的冰洞强度低。

左图为Horizontal  V Thread with the水平的V形冰洞，内角呈60°  x 60° x 60°   右图为垂直的V形冰洞内角呈60° x 60° x 60°。图片作者：George McEwan

对比重复使用的冰锥孔和冰洞的强度

作者对比了之前2005-2006测试的短冰锥（大概13cm长的冰锥）在全新的冰面上测试和最近进行的重复使用的冰锥孔（坠落和静态拉力测试）测试。对比发现锚点失效数据的分布曲线大致上都集中在10-15kN。当对比重复使用的冰锥孔的冰锥和水平，垂直的V形冰洞时发现长冰锥的强度更高。垂直的冰洞强度比水平的更高。平均下来水平的冰洞强度与在重复使用的冰锥孔的短冰锥强度接近。但是我们需要明确的是作者进行的长冰锥测试次数有限（我的数据仅仅从6次测试中得出）。这意味着数据分布很有限，很可能无法获得强有力的结论。他们同时指出在所有的锚点测试中获得了很宽的数据分布，有的锚点失效强度要比平均坠落7.5kN的冲击力还要小。

所有的冰洞强度都不一样吗？

有趣的是发现水平的阿巴拉克夫V形冰洞强度要比垂直的冰洞强度低很多。这其中的关键是“被围住的冰越多锚点的强度也越高”。

60°x60°x60°水平冰洞强度要比相同的垂直冰洞强度低。

60°x60°x60°水平呈20°正角的冰洞强度要比完全水平的60°x60°x60°冰洞强度低。

设置垂直的冰洞  图片作者：George McEwan

在垂直方向上最弱的冰洞强度是在一个冰洞呈90°，另一个冰洞呈向上60°，它们的平均失效强度在9-10kN。以上所有的测试都是在良好冰况的前提下，但是要记住冰洞的平均失效强度忽略了使用什么设置冰洞锚点。当在垂直冰洞采用1英寸的扁带时强度在12.5-20kN之间，而使用7mm辅绳时强度在10-15kN之间。

总结来说使用1英寸的扁带时垂直冰洞的强度在12.5-20kN之间，水平的冰洞失效强度在7.5-17.5kN之间。注意：所有的冰况都良好。

所以此次研究的结论是什么，之前作者设定了多种假设。它们是：

1.重复使用的冰锥孔的冰锥强度，能够承受UIAA的测试坠落

2.一根长冰锥钻入一个浅的冰锥孔，其强度足够承受一个坠落。

3.短冰锥钻入一个深的冰锥孔强度和长冰锥钻入一个深冰锥孔的强度一样。

4.阿巴拉克夫V形冰洞锚点强度比冰锥大。

5. 阿巴拉克夫V形冰洞锚点的强度和其设置的区域有关而不是方向。

这些假设成立嘛？我们分别来看！

分别逐一看这些假设，他们对于重复使用的冰锥孔的测试结果有很大的不同，有些低于UIAA坠落系数下的测试。所以他们认为重复使用的冰锥孔强度无法承受住UIAA坠落系数的坠落。但是作者也证明了他们比预期的要结实，并且和在新的冰面上钻入短的冰锥进行了比较。他们发现长冰锥旋入浅的冰锥孔的强度足够承受住先锋坠落的平均冲击力（7-8kN）,短冰锥旋入深的孔也同样是这样。同时他们发现再结冰的过程会缩小孔的直径，这样能够提高再次旋入冰锥的强度。

决定阿巴拉克夫V形冰洞强度（冰况良好）的重要因素是围住的冰越多强度越大。作者建议攀爬时最后使用最长的冰锥用来设置阿巴拉克夫V形冰洞，采用60°x60°x60°的内角设置垂直的的冰洞。

越长的冰锥，不管是再次旋入或在新的冰况良好的冰面上旋入都是更强的锚点（最佳的正角范围在8°-16°之间）。这个正角的范围对于所有在冰况良好的冰锥上都适用。

至于是否冰洞锚点的强度要比冰锥强度更高的问题，结论是在冰况良好设置的长冰锥强度要比水平的冰洞强度高-长冰锥的失效强度在10-20kN之间，水平冰洞锚点的失效强度在7.5-17.5kN之间。

 
建议是为你的冰洞设置备份（不管你用哪种结构的冰洞）图片作者：George McEwan

结论

冰锥（越长越好）旋入一个已经存在的冰锥孔，正角度在8°-16°，冰况良好能够承受住坠落带来的冲击（7-8kN）,那么实际情况下我们如何去做？首先，保证冰的质量良好（这是一个依靠攀爬者经验和判断力的很主观的问题）。我建议在设置冰锥前检查周围的冰况。周围其他的钻孔或空包都会降低冰锥设置的强度（能让冰更容易发生裂缝）。此外在旋入冰锥时如果能感觉的持续咬冰的阻力意味着冰锥紧密的钻入冰中，同时保证钻孔的角度在正角度。

使用长冰锥（22cm）设置的60°x60°x60°内角的垂直冰洞的强度要比水平冰洞的强度更高。此外，使用60°x60°x60°内角围住的冰面越大强度也越高。我发现设置垂直冰洞的难度要比水平冰洞更大，因为不好用肉眼去确定垂直情况下的旋入角度，所以需要多加练习。不过两种结构的冰洞强度都已经足够承受下降带来的拉力，所以你可以继续使用水平的冰洞。当然不管用什么方法都可能会在很低的拉力下失效，所以我建议你在第一个人下降时养成做备份的习惯（不管是什么结构的锚点）。

抛开那些结论，冰是一种非常多样化和易变的介质，作者在研究的最后要说明：

“尽管科学能帮助我们很好的分析实际情况下冰锚点的强度，但是我们依然要去学习如何更好的在何时何地设置冰锥的技能。”

文字翻译：吴琦

文图整理：玄天

消息来源：ukclimbing

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