学術雑誌論文 Stability of permafrost dominated coastal cliffs in the Arctic

10 ( 1 )  , pp.79 - 88 , 2016-03
ISSN:1873-9652
内容記述
Block failure is considered to be an important component of coastal retreat in permafrost regions. A comprehensive model is developed to study the effects of thermoerosional niche and ice wedge morphology on the stability of permafrost dominated coastal cliff against block failure. The model is formulated by coupling slope stability analysis with a time dependent progression of thermoerosional niches and the morphology of the nearby ice wedges. Model computations are initially performed for failure conditions for a given cliff height, frozen soil strength, ice content, water pressure in the active layer, thermoerosional niche depth and ice wedge morphology. Under these conditions block failures are found to be predominantly overturning failures and are governed by the tensile strength of frozen soil, thermoerosional niche depth and ice wedge location and depth. The effects of ice wedges are then examined by analyzing failure conditions for ice wedges of different locations and depths. For a given cliff height, strength and thermoerosional niche, block failure may occur at a range of different combinations of ice wedge locations and depths. Two stability nomograms are developed through repeated model calculations for range of cliff heights and frozen soil tensile strength. These nomograms can be used to determine the critical combinations of thermoerosional niche depth, ice wedge distance and ice wedge depth that lead to block collapse of a cliff of known height and soil strength. Some analytical expressions are also derived to determine potential block failure criteria along Arctic coasts.
海岸のブロック崩壊は、永久凍土地域における海岸侵食の重要なメカニズムの一つである。永久凍土からなる海岸壁のブロック崩壊に対する安定性と融解侵食ニッチおよびアイスウェッジの形態との関係を調べる包括的なモデルが開発された。このモデルは、斜面安定解析を融解侵食ニッチの発達と隣接するアイスウェッジの形態をカップリングさせて定式化された。はじめに、決められた海岸壁高、凍土強度、含氷率、活動層中の静水圧、融解侵食ニッチの奥行きおよびアイスウェッジの形態のもと、ブロック崩壊の条件についてモデル計算された。これらの条件下でのブロック崩壊の種類は主に転倒破壊で、凍土の引張強度、融解侵食ニッチの奥行き、アイスウェッジの位置と到達深度によって支配されていることがわかった。アイスウェッジの形態による影響は、その位置と到達深度の組み合わせを変えて破壊条件を解析して調べられた。決められた海岸壁高、凍土強度、融解侵食ニッチの奥行きの条件下では、アイスウェッジ位置と到達深度の組み合わせがある範囲にある場合にブロック崩壊が起こる。海岸壁高と凍土の引張強度がある範囲にある場合についてのモデル計算結果から、2つの安定性ノモグラムを作成した。これらのノモグラムを用いると、ブロック崩壊を引き起こす融解侵食ニッチの奥行き、アイスウェッジ位置と到達深度の組み合わせを決定することができる。北極海岸において、起こりうるブロック崩壊の条件を求めるいくつかの解析的数式についても導入された。

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