冰川下的变形,直到

几十年前我们就知道,冰在细粒度的冰川下的材料可以变形这些材料。(在此,术语“粒状材料”应理解为包括材料和大量的粘土,虽然颗粒材料和粘土之间的区别通常是在土力学文献)。一般,直到粒状材料,要么在当前冰川侵蚀而形成的循环,或离开前一个。最近变得清晰,大部分冰川的表面速度可能是由于变形到(图5.5)。

强烈的兴趣,直到下班时间的流变学Whillans冰流在南极洲研究地震速度表明,一层具有高孔隙度、饱和水在高压下,和2 - 13 m厚在场下冰(布兰肯希普et al ., 1986)。高孔隙度建议主动变形,高水压力促成的。因此,冰的高速流,约450 ma-1,是由于变形。后续钻探表明,冰流,事实上,直到底部,也证实了水压力接近地静压力(恩格尔哈特et al ., 1990)。那么,一个关键问题是直到是否变形,或者高水压力是否有简单的解耦的冰流。实验解决这个问题将会在本章后面描述。

最近,一些科学家研究第四纪时期表明,大量的材料中发现的到表在美国中西部和大量glacigenic材料中发现一些潜艇巴伦支海周围的球迷只能在变形冰川下的运送到他们现在的位置,直到层(例如巷,1991;胡克和Elverhai, 1996)。估计量的材料,可以在基底冰或冰融化流太低占这些存款的卷在可用的时间推断他们的形成。在巴伦支海的情况下,计算基底融化率如此之高,以至于一些材料可能会被基底携入的冰,和他们过低,提供所需的水卷重要河流运输。

因为冰碛物是一种粒状材料,其流变学是相当不同的冰。颗粒材料通常有一个屈服强度低于他们只有弹性变形。这个屈服强度,我,两种材料的物理性质有关,凝聚力,c,和内摩擦角,<针对摩尔-库仑关系的经典:

图7.13。之间的关系和不从实验室试验获得的样本到下Storglaciaren(艾弗森,未发表的数据)。插图所示,示意图,实际上可能随有效压力较低。

100 200有效正常压力,Ne, kPa

100 200有效正常压力,Ne, kPa

图7.13。之间的关系和不从实验室试验获得的样本到下Storglaciaren(艾弗森,未发表的数据)。插图所示,示意图,实际上可能随有效压力较低。

其中Ne是有效的正常压力。确定c和y,实验室测试进行的应力需要启动变形材料以各种有效的正常压力。当我与Ne线性变化(图7.13),直线的斜率是谭y,拦截是明显的凝聚力。

术语使用表观凝聚力因为详细的测量通常表明我不不是线性的变化在低有效正常压力,而是如插图中的虚线所示如图7.13所示。真正的凝聚力的值是我截取的这虚线纵坐标。因为明显的凝聚力变化直接与真正的凝聚力,但是,我们通常不会画两个量之间的区别。

现在让我们来研究一下凝聚力,所涉及的物理和y的物理意义。

凝聚力

真正的凝聚力在土壤胶结的结果,粘土颗粒之间的电磁力,电荷离子之间的失衡造成的静电力吸收在粘土矿物(米切尔,1993年,页。125年,373 - 374)。胶结在天空下的土壤凝聚力的主要来源,但不会显著的持续变形冰川下的保险柜。因此,c这样的保险柜的大小主要由粘土矿物的种类和数量决定的。

原位变形侵蚀形成的冰川下的货架在当前周期的冰川作用似乎没有冰川泥级材料,除非已经在床上含有这种物质。此外,大多数的泥级粒子存在于这种clay-poor收银台粘土矿物。因此,c可能是小这样的保险柜。例如,记录下从倾斜仪安放在到Storglaciaren证明这个直到变形。然而,只有~ 5.4%(重量)的粒子收集的样本中,通过水井著名小于2米,而这些粒子主要是石英和角闪石(艾弗森,未发表的数据)。实验室检测c = 8 kPa直到(图7.13)。类似的测试,直到样品收集在Whillans冰流,包含~ 35%粘土,给c = 3±1.3 kPa (Tulaczyk et al ., 2000)。(在这种情况下,泥级材料,包括粘土矿物,推断是来自三级冰海的沉积物(Tulaczyk et al ., 1998;Kamb, 2001))。相比之下,粉砂和粘土质砂的值通常是20至75 kPa(豪斯曼,1990)。

没有泥级材料变形保险柜可能主要由冰川下的溪流冲刷的结果。此外,然而,值得注意的是所需的偏应力骨折一粒增加随着粒径减小,在极细颗粒的极限变形可塑性而非断裂成更小的颗粒(肯德尔,1978)。泥级粒子出现在这些货架往往不会被粘土矿物是陆上的缺失的结果风化过程。更高浓度的泥级粒子和粘土矿物在更新世收款机可能sub-aerial风化作用的结果,要么退冰后,或将先前风化冰移动材料。

凝聚力并不增加了被水饱和,除非粘土矿物。众所周知的事实,湿沙子城堡的墙壁站起来比干的,相反,表面张力的结果。表面张力效应存在时,沙子是湿的,但孔隙空间还含有空气。这是因为表面张力压力与空气界面相关的结果。

整合

当颗粒材料逐渐积累,它可以压缩在自己的体重。这种材料通常被称为合并。如果一个额外的负载,如剪切应力,然后放置在材料,它变成了overconsolidated。overconsolidated一词也用来描述一种粒状材料,通常合并后,经验减少由于腐蚀或过重的压力,也许覆盖冰川的融化。最高的过去一个样本的有效应力被称为预固结压力。

图7.14。变形的颗粒介质涉及(a)膨胀随着谷物分开对彼此为了通过运动;和

(b)颗粒之间的摩擦约束彼此滑过去。

图7.14。变形的颗粒中涉及(a)膨胀随着谷物分开对彼此为了通过运动;和

(b)颗粒之间的摩擦约束彼此滑过去。

整合的状态改变时颗粒材料剪切。因此,例如,如果一个冰下,以前统一的有效压力100 kPa,后来是畸形的有效压力30 kPa,预固结压力复位为较低的值(Tulaczyk et al ., 2001)。

内摩擦角

当一个overconsolidated粒状材料剪切应力下开始变形,它必须扩张,这样个人谷物可以移动(图7.14)。通常合并材料可以扩张或者稍微紧凑,根据粒度测定法(粒子的大小分布)并积累的条件。扩张增加孔隙空间,这就是为什么直到Whillans下冰流的高孔隙度显示变形。

谷物在这种变形材料还必须滑过去另一个本地(图7.14 b)。部队抵抗这fric-tional滑动。摩擦力是一个联锁的结果微观粗糙的表面材料(米切尔,1993年,p。362)。最大剪切应力,可以由两个表面之间的摩擦,tp,有效的正常压力成正比,Ne: tp =¡xNe。¡x,比例常数称为摩擦系数。

让我们英国《金融时报》定义为角度,相对于剪切面,颗粒膨胀期间必须提升从overconsolidated还状态(图7.14)和定义m = tan-1 x, y =英尺+ m(艾弗森等人,1996)。在没有太多粘土颗粒材料,m通常是20 - 25°和y通常是25°至40°(米切尔,1993年,页。343年,366年)。因此,超过一半的抗变形的材料是摩擦力的结果,而将其余部分流程,如扩张和破碎(米切尔,1993年,p . 401)。

图7.15。示意图说明变化的平均剪切应力随时间(或位移)的颗粒介质剪切速度常数。

图7.15。示意图说明变化的平均剪切应力随时间(或位移)的颗粒介质剪切速度常数。

由于y的依赖在f, y依赖,同时,材料的粒度测定法。例如,如果粒子之间的空间在图7.14中充满了更好的材料,一个粒子不能定居在底下的粒子之间的差距,从而不会上升将对其邻居。那么f会更低,因此将y。例如,y是桑迪Storglaciaren直到31°(图7.13)和24°clay-rich直到下Whillans冰流(Tulaczyk et al ., 2000)。

正常压力抑制膨胀也迫使粒子坚实的接触,从而增加rp。这两个因素占年代Ne的依赖。

当颗粒材料变形以恒定应变率(被测剪切应力,r,作为时间的函数或位移),r第一个峰值增加迅速。最初的线性部分的崛起反映了弹性变形(可恢复)。点上升开始偏离线性称为屈服强度(图7.15)。随后的应变反映不能复原的粘塑性变形。曲线的峰值是失败的力量。如果材料最初overconsolidated, r然后达到恒定值之前略有下降。r的最终值,通常到达后剪切应变的只有10%,称为残余或极限强度(Skempton, 1985)。峰值和残余强度之间的差异反映了引起扩张所需的额外的压力。减少从峰值到残余强度反映了y。减少f,因此一旦扩张,材料仍扩张只要保持不变。因此,变形所需的压力保持不变。 (In materials in which clay-sized particles are abundant (>20%) and are predominantly clay minerals, a further decline in strength may occur as the platy clay particles become aligned parallel to the direction of shear.)

图7.16。示意图显示变化的孔隙比与有效的正常压力。看到文本的解释。

孔隙比

孔隙比,e,气孔的体积的比值,副总裁,固体的体积,Vs: e = Vp / Vs(注意,这是不一样的孔隙度;孔隙度是空洞的总量的百分比)。孔隙比随Ne,因此:

e = eo - Cp日志N1 (7.18)

Neo在eo Neo的孔隙比在一个有效的正常压力,和Cp是一个无量纲压缩系数(例如Tulaczyk et al ., 2000)。

通常合并物质积累,孔隙比减少如图所示,示意图,线标记NCL(正常固结线)如图7.16所示。这条线的斜率是- Cp。在一个overconsolidated材料,孔隙比将NCL以下。如果材料足够overconsolidated然后剪,导致膨胀,孔隙比最初将增加然后达到一个稳定值线标记所示CSL(临界状态线)如图7.16所示。注意,CSL低于NCL如果变形了,材料不会再巩固,除非不表示数量增长超过两行之间的水平间距。如果放松合并负载材料,这种材料将扩大弹性沿着路径标记的URL (unloading-reloading线)如图7.16所示。重新加载后,它将遵循同样的路径回到原来的位置,然后开始沿着NCL行进一步巩固。通过收集一个原状土试样,让它逐渐增加负载在实验室里,所谓的

图7.17。当地压力随时间的变化在颗粒介质,~ 55毫米厚,因为它是在环剪切变形试验。(数据由n . r .艾弗森和t . s . Hooyer。)

有限公司有限公司0

VI。”
- w - w	^ ^ ^:意思是正常/
	负载
	剪切位移,毫米 1200年 预固结试验,可以利用这个性质来确定最大有效的正常压力,Nemax,样品已被接受。 Hooyer和艾弗森(2002)这样的预固结试验几个样品到沉积的得梅因叶,叶Laurentide冰盖,先进的北达科他州到明尼苏达州和爱荷华州约13 800放射性碳年前。他们的价值观的Nemax范围从120到300 kPa。这些值很低,考虑到可能的冰层厚度,表明孔隙水压力下叶高。反过来,这意味着运动叶可能是主要由滑动到底层和变形等,从而提供一个解释的相当大的程度上叶尽管其他证据表明驱动压力很低。 粮食断裂和变形的粒度测量冰川下的 如果颗粒介质剪切以恒定速率之间移动压板,在其中一个有一个压力传感器,多次单个颗粒的直径,但远小于滚筒本身记录的压力传感器随时间(图7.17)(Mandl et al ., 1977;艾弗森et al ., 1996)。有时超过平均正常负载样本高达25%,而在其他时间明显低于平均值。一个逻辑的解释是,谷物在中变得一致形成桥梁等,如图7.18所示。当追踪通过颗粒材料重要的厚度,这些桥梁更复杂的比建议的简单的草图如图7.18;高接触压力分布年代年代

继续阅读:在冰川等势面

这篇文章有用吗?

0 0