Published December 22, 2021
| Version v1
Publication
Open
Mechanical Properties of Frozen Glacial Tills due to Short Periods of Thawing
- 1. Institute of Mountain Hazards and Environment
- 2. Chinese Academy of Sciences
- 3. University of Chinese Academy of Sciences
- 4. International Center for Chemical and Biological Sciences
Description
Due to the warming climate, glacier retreat has left massive glacial tills in steep gullies; ice in the soil is prone to change phase resulting in the decrease of the ice strength and bonding of soil particles; collapse of thawing tills can lead to debris flows with disastrous consequences for geotechnical infrastructures. To improve our understanding of the mechanics of thawing glacial tills, we conducted unconsolidated–undrained direct shear tests on glacial tills from Tianmo gully on the southeastern Tibetan Plateau. Control specimens were not subjected to freeze–thaw action. A total of 648 specimens with three different dry densities, three initial water contents, and 18 thawing times were tested. Peak shear strength, peak stress to displacement ratio (0.857), and cohesion were the highest in frozen specimens. After a thawing time of 0.25 h, there was a marked decline in shear strength; maximum friction was 2.58, which was far below the value of cohesive strength. For thawing times of 0.25–4 h, peak strength varied little with thawing time, but cohesion decreased and internal friction angle increased with increasing thawing time. Our results indicate that thawing of the solid ice in the till during the initial phase of till thawing is the key control of peak till strength; the effect of ice on cohesion is greater during the initial phase of thawing and in loose tills. Moreover, frequent sediment recharge of gullies may be explained by the decrease of cohesion with increasing thawing time caused by short-term destruction of ice bonding.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
بسبب ارتفاع درجة حرارة المناخ، خلف تراجع الأنهار الجليدية حراثات جليدية ضخمة في أخاديد شديدة الانحدار ؛ الجليد في التربة عرضة لمرحلة التغيير مما يؤدي إلى انخفاض قوة الجليد وترابط جزيئات التربة ؛ يمكن أن يؤدي انهيار حراثات الذوبان إلى تدفقات الحطام مع عواقب وخيمة على البنى التحتية الجيوتقنية. لتحسين فهمنا لآليات إذابة الحرث الجليدي، أجرينا اختبارات قص مباشرة غير موحدة وغير مجففة على الحرث الجليدي من أخدود تيانمو على هضبة التبت الجنوبية الشرقية. لم تخضع عينات التحكم لعمل ذوبان الجليد. تم اختبار ما مجموعه 648 عينة بثلاث كثافات جافة مختلفة، وثلاثة محتويات أولية للمياه، و 18 مرة ذوبان. كانت ذروة قوة القص، وذروة الإجهاد إلى نسبة الإزاحة (0.857)، والتماسك هي الأعلى في العينات المجمدة. بعد وقت ذوبان قدره 0.25 ساعة، كان هناك انخفاض ملحوظ في قوة القص ؛ كان الاحتكاك الأقصى 2.58، وهو أقل بكثير من قيمة قوة التماسك. بالنسبة لأوقات الذوبان التي تتراوح بين 0.25 و 4 ساعات، تباينت قوة الذروة قليلاً مع وقت الذوبان، لكن التماسك انخفض وزادت زاوية الاحتكاك الداخلي مع زيادة وقت الذوبان. تشير نتائجنا إلى أن ذوبان الجليد الصلب في الحراثة خلال المرحلة الأولية من الذوبان هو التحكم الرئيسي في الذروة حتى القوة ؛ يكون تأثير الجليد على التماسك أكبر خلال المرحلة الأولية من الذوبان وفي الحراثة السائبة. علاوة على ذلك، يمكن تفسير إعادة تغذية الرواسب المتكررة للأخاديد بانخفاض التماسك مع زيادة وقت الذوبان الناجم عن التدمير قصير الأجل للترابط الجليدي.Translated Description (French)
En raison du réchauffement climatique, le recul des glaciers a laissé des tills glaciaires massifs dans des ravins escarpés ; la glace dans le sol est sujette à un changement de phase entraînant la diminution de la résistance de la glace et la liaison des particules du sol ; l'effondrement des tills de dégel peut entraîner des flux de débris avec des conséquences désastreuses pour les infrastructures géotechniques. Pour améliorer notre compréhension de la mécanique de la décongélation des tills glaciaires, nous avons effectué des essais de cisaillement direct non consolidés et non entraînés sur les tills glaciaires du ravin de Tianmo sur le plateau tibétain du sud-est. Les échantillons témoins n'ont pas été soumis à une action de gel-dégel. Un total de 648 échantillons avec trois densités sèches différentes, trois teneurs en eau initiales et 18 temps de décongélation ont été testés. La résistance au cisaillement maximale, le rapport contrainte/déplacement maximal (0,857) et la cohésion étaient les plus élevés chez les spécimens congelés. Après un temps de décongélation de 0,25 h, il y a eu une diminution marquée de la résistance au cisaillement ; le frottement maximum était de 2,58, ce qui était bien inférieur à la valeur de la résistance cohésive. Pour des temps de décongélation de 0,25 à 4 h, la résistance maximale variait peu avec le temps de décongélation, mais la cohésion diminuait et l'angle de frottement interne augmentait avec l'augmentation du temps de décongélation. Nos résultats indiquent que la décongélation de la glace solide dans le till pendant la phase initiale de décongélation du till est le contrôle clé de la résistance maximale du till ; l'effet de la glace sur la cohésion est plus important pendant la phase initiale de décongélation et dans les till en vrac. De plus, la recharge fréquente des sédiments des ravins peut s'expliquer par la diminution de la cohésion avec l'augmentation du temps de dégel causée par la destruction à court terme de la liaison de la glace.Translated Description (Spanish)
Debido al calentamiento del clima, el retroceso de los glaciares ha dejado enormes labranzas glaciares en barrancos empinados; el hielo en el suelo es propenso a cambiar de fase, lo que resulta en la disminución de la resistencia del hielo y la unión de las partículas del suelo; el colapso de las labranzas de descongelación puede conducir a flujos de escombros con consecuencias desastrosas para las infraestructuras geotécnicas. Para mejorar nuestra comprensión de la mecánica del deshielo de las labranzas glaciares, realizamos pruebas de cizallamiento directo no consolidadas e incontroladas en labranzas glaciares del barranco de Tianmo en la meseta tibetana del sudeste. Las muestras de control no se sometieron a la acción de congelación-descongelación. Se probaron un total de 648 muestras con tres densidades secas diferentes, tres contenidos iniciales de agua y 18 tiempos de descongelación. La resistencia a la cizalladura máxima, la relación entre la tensión máxima y el desplazamiento (0,857) y la cohesión fueron las más altas en las muestras congeladas. Después de un tiempo de descongelación de 0.25 h, hubo una marcada disminución en la resistencia al cizallamiento; la fricción máxima fue de 2.58, que estaba muy por debajo del valor de la resistencia cohesiva. Para tiempos de descongelación de 0.25–4 h, la resistencia máxima varió poco con el tiempo de descongelación, pero la cohesión disminuyó y el ángulo de fricción interna aumentó con el aumento del tiempo de descongelación. Nuestros resultados indican que la descongelación del hielo sólido en la caja durante la fase inicial de la descongelación de la caja es el control clave de la resistencia máxima de la caja; el efecto del hielo sobre la cohesión es mayor durante la fase inicial de la descongelación y en las cajas sueltas. Además, la frecuente recarga de sedimentos de los barrancos puede explicarse por la disminución de la cohesión con el aumento del tiempo de descongelación causado por la destrucción a corto plazo de la unión del hielo.Files
pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:35f47021b89efede3b6dd7f6c8867076
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الخواص الميكانيكية للحراثة الجليدية المتجمدة بسبب فترات الذوبان القصيرة
- Translated title (French)
- Propriétés mécaniques des till glaciaires congelés en raison de courtes périodes de décongélation
- Translated title (Spanish)
- Propiedades mecánicas de las cajas glaciares congeladas debido a cortos períodos de descongelación
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4200517279
- DOI
- 10.3389/feart.2021.799467
References
- https://openalex.org/W1533375906
- https://openalex.org/W1762835680
- https://openalex.org/W1812074035
- https://openalex.org/W1929725744
- https://openalex.org/W1964603497
- https://openalex.org/W1968277074
- https://openalex.org/W1980505027
- https://openalex.org/W1983540940
- https://openalex.org/W1987968320
- https://openalex.org/W1995749744
- https://openalex.org/W2003242551
- https://openalex.org/W2006654056
- https://openalex.org/W2021786293
- https://openalex.org/W2029372181
- https://openalex.org/W2030260285
- https://openalex.org/W2034303719
- https://openalex.org/W2035296997
- https://openalex.org/W2039338193
- https://openalex.org/W2052630544
- https://openalex.org/W2058467664
- https://openalex.org/W2065325755
- https://openalex.org/W2067589672
- https://openalex.org/W2074836764
- https://openalex.org/W2088161217
- https://openalex.org/W2090350795
- https://openalex.org/W2110098148
- https://openalex.org/W2110174295
- https://openalex.org/W2110597694
- https://openalex.org/W2121060860
- https://openalex.org/W2124955104
- https://openalex.org/W2131236772
- https://openalex.org/W2159976129
- https://openalex.org/W2340053160
- https://openalex.org/W2483994024
- https://openalex.org/W2500718511
- https://openalex.org/W2512100766
- https://openalex.org/W2516851670
- https://openalex.org/W2563576598
- https://openalex.org/W2774033965
- https://openalex.org/W2954286743
- https://openalex.org/W2966474110
- https://openalex.org/W3127199302
- https://openalex.org/W4250520639