Tại sao đá permafrost trở nên không ổn định: một mô hình cơ học đá – băng theo thời gian và không gian

Earth Surface Processes and Landforms - Tập 38 Số 8 - Trang 876-887 - 2013
Michael Krautblatter1, Daniel C. Funk2, Friederike Günzel3
1Technische Universität München, Munich, Germany
2Department of Geography, University of Bonn, Bonn, Germany
3University of Brighton, Brighton-UK#TAB#

Tóm tắt

TÓM TẮTTrong bài báo này, chúng tôi phát triển một mô hình cơ học liên quan đến sự mất ổn định của các sườn đá permafrost đang tan chảy do ảnh hưởng của nhiệt độ đến cả cơ học đá và băng; và thực hiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để kiểm tra các giả thiết chính. Permafrost đang suy giảm được coi là một yếu tố quan trọng gây ra sự thất bại của các sườn đá trong các môi trường núi cao và Bắc Cực, nhưng cơ chế hoạt động chưa được hiểu rõ. Sự mất ổn định thường được quy cho sự thay đổi trong các tính chất cơ học của băng trong khi ma sát nền đá và sự lan truyền nứt chưa được xem xét. Tuy nhiên, độ bền nứt, sức bền nén và kéo giảm tới 50% hoặc hơn khi đá bão hòa nước nguyên vẹn tan chảy. Dựa trên tài liệu và các thí nghiệm, chúng tôi phát triển một tiêu chí thất bại Mohr–Coulomb thay đổi cho các nứt đá đầy băng, bao gồm việc nứt các cầu đá, ma sát giữa các bề mặt nứt thô, sự chảy dẻo của băng và các cơ chế tách rời dọc theo các giao diện đá – băng. Các thiết lập phòng thí nghiệm mới đã được phát triển để đánh giá sự phụ thuộc nhiệt độ của ma sát giữa các giao diện đá – đá không có băng và sự tách rời cắt của các giao diện đá – băng. Trong permafrost đang suy giảm, các tính chất cơ học của đá có thể kiểm soát các giai đoạn đầu của sự mất ổn định và trở nên quan trọng hơn cho tải trọng bình thường cao hơn, tức là các mức độ thất bại của sườn đá lớn hơn. Các tính chất cơ học của băng vượt trội hơn các thành phần cơ học của đá sau khi quá trình biến dạng tăng tốc và có liên quan hơn cho các mức độ nhỏ hơn. Mô hình giải thích lý do tại sao tất cả các cấp độ thất bại của sườn đá có thể được chuẩn bị và kích hoạt bởi sự suy giảm của permafrost và có khả năng điều chỉnh thời gian phản ứng kéo dài sau băng. Ở đây, chúng tôi trình bày một mô hình tổng quan về cơ học đá và băng giải thích các quy trình mất ổn định cơ học hoạt động trong các viên đá permafrost đang ấm lên. Bản quyền © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1002/ppp.658

10.1139/t04-111

10.1515/arh-2007-0003

10.1016/0191-8141(82)90005-0

10.1016/S0277-3791(02)00005-7

10.1007/BF01261801

10.1002/ppp.432

Brommer C, 2009, Bauen im Permafrost; Ein Leitfaden für die Praxis

10.1016/0165-232X(89)90014-1

10.1016/S0013-7952(02)00033-9

Clark JI, 2003, Permafrost – 8th International Conference

Dahlström L‐O, 1992, Rock Mechanical Consequences of Refrigeration

10.1016/0165-232X(85)90013-8

10.1002/ppp.378

Davies MCR, 2003, Permafrost – 8th International Conference, 169

10.3189/172756400781819897

10.1680/geot.1993.43.1.1

10.5194/tc-6-1163-2012

10.1002/ppp.3430060108

Dwivedi RD, 1998, Compressive strength and tensile strength of rocks at sub‐zero temperature, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 5, 43

10.1016/S1365-1609(00)00051-4

10.1016/S0148-9062(99)00019-4

10.1201/b16816-68

10.1016/0148-9062(83)90003-7

10.1007/978-3-662-04639-5

10.1016/j.enggeo.2010.07.005

Fischer L, 2008, 9th International Conference on Permafrost, 439

Fischer L, 2007, Investigation and modeling of periglacial rock fall events in the European Alps, Geophysical Research Abstracts, 9, 08160

10.5194/nhess-6-761-2006

10.1016/j.enggeo.2005.06.028

Glamheden R, 2001, Thermo‐mechanical Behaviour of Refrigerated Caverns in Hard Rock

Goodman RE, 1970, Determination of the in situ Modulus of Deformation of Rock, 174

10.1029/2006JF000547

Gruber S, 2004, Permafrost thaw and destabilization of Alpine rock walls in the hot summer of 2003, Geophysical Research Letters, 31, L15054, 10.1029/2004GL020051

Günzel F, 2008, 9th InternationalConference on Permafrost, INE‐UAF, Fairbanks, AL, 581

Günzel F, 2012, 10th International Conference on Permafrost, Salekhard, 143

10.1002/ppp.3430030208

10.1144/GSL.SP.2005.242.01.03

Haeberli W, 2003, 8th International Conference on Permafrost, Zurich, 49

10.3189/172756504781829710

Haeberli W, 1997, Slope stability problems related to glacier shrinkage and permafrost degradation in the Alps, Eclogae Geologicae Helvetiae, 90, 407

10.1191/0309133302pp353ra

10.1126/science.1135200

10.1002/ppp.3430020404

Hasler A, 2008, 9th International Conference on Permafrost, INE‐UAF, Fairbanks, AL, 669

Hoek E, 1980, Empricial strength criterion for rock masses, Journal of the Geotechnical Engineering Division, 106, 1013, 10.1061/AJGEB6.0001029

10.1016/S0169-555X(03)00103-X

10.1016/j.quascirev.2008.06.007

10.1016/j.jvolgeores.2007.08.009

Huggel C, 2008, 9th International Conference on Permafrost, INE‐UAF, Fairbanks, AL, 747

10.1016/0148-9062(84)91532-8

10.1680/geot.2005.55.3.215

Irwin GR, 1958, Handbuch der Physik 6, 551

10.1007/s00603-002-0032-2

10.1139/t82-032

Körner H, 1965, Geologische und felsmechanische Untersuchungen für die Gipfelstation der Seilbahn Eibsee – Zugspitze, Geologica Bavarica, 55, 404

10.1016/j.quascirev.2009.02.021

10.1016/j.geomorph.2009.09.017

10.1111/j.1468-0459.2007.00305.x

10.1029/2006JF000546

10.1002/ppp.740

10.1029/2008JF001209

KrusM.1995.Feuchtetransport und Speicherkoeffizienten poröser mineralischer Baustoffe – theoretische Grundlagen und neue Meßtechniken. PhD Thesis University of Stuttgart.

10.1016/S1365-1609(02)00111-9

10.1007/s10346-008-0133-4

10.1016/S0165-232X(05)80005-9

10.1002/esp.208

10.1002/ppp.620

10.1016/j.geomorph.2012.02.015

Mellor M, 1973, 2nd International Conference on Permafrost, Yakutsk, 334

Messerli B, 2006, Global Chnage in Mountain Regions, 3

Miller H, 1961, Der Bau des westlichen Wettersteingebirges, Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft, 113, 409

10.1002/1096-9837(200011)25:12<1281::AID-ESP137>3.0.CO;2-U

10.1126/science.1132127

10.1139/t82-059

10.5194/tc-3-85-2009

Noetzli J, 2003, 8th International Conference on Permafrost, Zurich

Paterson WSB, 2001, The Physics of Glaciers

PattonFD.1966.Multiple modes of shear failure in rock.Proceedings 1st Congress of the International Society for Rock Mechanics Laboratory of Civil Engineering Lisbon;509–513.

Pogrebiskiy MI, 1977, Determination of the permeability of the frozen fissured rock massif in the vicinity of the Kolyma hydroelectric power station, Cold Regions Research and Engineering Laboratory – Draft Translation, 634, 1

10.5194/nhess-8-377-2008

10.1002/(SICI)1099-1530(199701)8:1<91::AID-PPP238>3.0.CO;2-4

10.1029/2008GL033424

10.4000/geomorphologie.7444

10.1038/35091045

Sanderson T, 1988, Ice Mechanics and Risks to Offshore Structures

10.1002/esp.1214

10.1177/0959683607082412

10.1017/CBO9780511581397

Slaymaker O, 2009, Periglacial and Paraglacial Processes and Environments, 268

10.1016/j.enggeo.2008.02.012

10.1016/j.tust.2005.11.005

10.1680/geot.1962.12.4.251

10.1130/0016-7606(1987)99<94:CFCPBF>2.0.CO;2

Ulrich R, 1993, 6th International Conference on Permafrost, Bejing, 625

10.1130/0016-7606(1985)96<336:ATMOTF>2.0.CO;2

Weertman J, 1973, Physics and Chemistry of Ice, 320

10.1002/(SICI)1099-1530(199801/03)9:1<23::AID-PPP274>3.0.CO;2-Y

Whalley WB, 1982, Crack propagation and associated weathering in igneous rocks, Zeitschrift fuer Geomorphologie, 26, 33, 10.1127/zfg/26/1982/33

Whalley WB, 1984, Slope Instability, 217

10.1080/789610120

Thông tin
Thông tin xuất bản

Earth Surface Processes and Landforms

Tập 38 Số 8

876-887

Thông tin tác giả