Tại sao đá permafrost trở nên không ổn định: một mô hình cơ học đá – băng theo thời gian và không gian
Tóm tắt
Trong 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
Brommer C, 2009, Bauen im Permafrost; Ein Leitfaden für die Praxis
Clark JI, 2003, Permafrost – 8th International Conference
Dahlström L‐O, 1992, Rock Mechanical Consequences of Refrigeration
Davies MCR, 2003, Permafrost – 8th International Conference, 169
Dwivedi RD, 1998, Compressive strength and tensile strength of rocks at sub‐zero temperature, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 5, 43
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
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
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
Haeberli W, 2003, 8th International Conference on Permafrost, Zurich, 49
Haeberli W, 1997, Slope stability problems related to glacier shrinkage and permafrost degradation in the Alps, Eclogae Geologicae Helvetiae, 90, 407
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
Huggel C, 2008, 9th International Conference on Permafrost, INE‐UAF, Fairbanks, AL, 747
Irwin GR, 1958, Handbuch der Physik 6, 551
Körner H, 1965, Geologische und felsmechanische Untersuchungen für die Gipfelstation der Seilbahn Eibsee – Zugspitze, Geologica Bavarica, 55, 404
KrusM.1995.Feuchtetransport und Speicherkoeffizienten poröser mineralischer Baustoffe – theoretische Grundlagen und neue Meßtechniken. PhD Thesis University of Stuttgart.
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
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
Sanderson T, 1988, Ice Mechanics and Risks to Offshore Structures
Slaymaker O, 2009, Periglacial and Paraglacial Processes and Environments, 268
Ulrich R, 1993, 6th International Conference on Permafrost, Bejing, 625
Weertman J, 1973, Physics and Chemistry of Ice, 320
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