Hostname: page-component-77f85d65b8-g4pgd Total loading time: 0 Render date: 2026-03-27T20:09:43.447Z Has data issue: false hasContentIssue false

Stress in an Elastic Bedrock Hump Due to Glacier Flow

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

L. W. Morland
Affiliation:
School of Mathematics and Physics, University of East Anglia, University Plain, Norwich NR4 7TJ, England
E. M. Morris
Affiliation:
School of Environmental Sciences, University of East Anglia, University Plain, Norwich NR4 7TJ, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The stress field in an isotropic elastic hump representing a typical bedrock feature is obtained for plane strain conditions. Gravity effects are included and the applied load is a normal pressure distribution deduced from an idealized model of glacier flow. A Coulomb failure criterion is applied, including the effective stress change due to pore-water pressure, and stresses on the predicted failure planes determined for different pressure amplitudes and relative gravity contributions. The latter make little difference to the maximum “failure stress" but influence the regions where such stress levels occur. Levels of cohesive stress required to inhibit Coulomb failure are obtained, and are low in general, implying that coherent rock in the adopted hump profile, subject to the model pressure, would not fail. That is, this profile is stable unless jointing introduces an easier failure mechanism.

Résumé

Résumé

Le champ des contraintes dans une protubérance isotrope représentant une caractéristique typique du lit rocheux est obtenu pour des conditions de déformation dans un plan. Les effets de la gravité sont pris en compte et la charge appliquée est une distribution normale des pressions déduites d'un modèle idéal d'écoulement glaciaire. On applique un seuil de rupture de Coulomb, en tenant compte des changements réels introduits dans les contraintes par la pression capillaire de l'eau et des efforts sur les plans de rupture probables déterminés pour différents niveaux de pression et de contribution relative de la gravité. Cette dernière change peu de la valeur de la “charge de rupture” maximum mais modifie les régions où de tels niveaux de contrainte se produisent. L'intensité des forces de cohésion nécessaires pour empêcher la rupture de Coulomb est calculée et se trouve faible en général, ce qui implique qu'un rocher cohérent dans le profil adapté pour la protubérance, soumis aux pressions du modèle, ne rompra pas. C'est-à-dire que ce profil est stable, à moins qu'une diaclase n'introduise un mécanisme de rupture plus facile.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Der Spannungszustand in einem isotropen, elastischen Buckel als einer typischen Erscheinung am Felsuntcrgrund lässt sich als ebenes Spannungsfeld beschreiben. Srhwcrkraftwirkuiigen werden berücksichtigt; die aufgebrachte Last ist eine Normaldruckverteilung, hergeleitet aus einem idealisierten Modell des Gletsrhefliessens. Ein Coulomb-Bruchkriterium wird eingeführt, das die wirksame Spannungsänderung infolge des Druckes im Porenwasser berücksichtigt; die Spannungen an dru vorberechneten Bruchebenen werden für verschiedene Druckamplituden und relative Srhwrrkraftanteile bestimmt. Die letzteren verändern die maximale “Bruchspannung” nur wenig, beeinflussen aber die Bereiche, wo solche Spannungsflächen auftreten. Es ergeben sich Flächen kohäsiver Spannung, die zur Verminderung des Coulomb-Bruches notwendig sind; sie liegen im allgemeinen tief, woraus zu folgern ist, dass kohärenter Fels in dem angenommenen Buckelprofil, dem das Druckmodell gilt, nicht nachgeben wird. Dies bedeutet, dass das Profil stabil ist, es sei denn, Gelenkbildung würde einen leichleren Bruchmechanismus bewirken.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1977
Figure 0

Fig. 1. A moderately skew hump on a mean bed line inclined at angle δ to the horizontal n and s are unit vectors normal and tangential to the hump contour respectively, α is the local inclination of s to OX. The gravity force per unit mass, gk, acts vertically downwards.

Figure 1

Fig. 2. Smax and Se as functions of P0for ϕ = 30° and pw =.0. For a sillstone hump under 100 m of ice (τ0/p0 = 0.5) Smax > Se and failure will occur when P00.3 (R – o), P00.45 (R = 0.5) or P00.65 (R = 1).

Figure 2

Fig. 3. Smax and Se as functions of P0 for ϕ = 35 and Pw = o. For a sandstone hump under 100 m of ice (τ0/p0 = 2) Smax > Se and failure will occur when P0 ≼ 0.04 (R = o), P0 ≼ 0.06 (R = 0.5) or P0 ≼ 0.09 (R = 1).

Figure 3

Fig. 4. Smax and Se as functions of P0 for ϕ = 45° and pw = o. For a granite hump under 100 m of ice (τ0/p0 ≈ 10) Smax > Se and failure will occur when P0 < 0.01 for R < 1.

Figure 4

Fig. 5. f as a function of λ for ϕ = 30°, pw – o and R = 0. Failure occurs when τf > τ0. Siltstone humps will fail if λ < 3 m, (U = 3 × 10−6). m s−1), λ < 37 m (U = 3 × 10−6). m s−1).

Figure 5

Fig. 6. τf as a function of λ for ϕ = 30°, pw – o and R = 0. Failure occurs when τf > τ0.Sandstone humps will fail if λ < = 3 m (U = 10−6 m s−1) or λ < 10 m (U = 3 × 10−6 m s−1).

Figure 6

Fig. 7. The variation of S for ϕ 35. R o and P0 0.5.

Figure 7

Fig. 8. The variation of S for ϕ 35. R 0.5 and P0 0.5.

Figure 8

Fig. 9. Fig. 9. The variation of S for ϕ 35 . R 0 and P0 1.

Figure 9

Fig. 10. The variation of S for ϕ 35° , R = 1 and P0 = 1.