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The Modeling and Measurement of the Deformation of a Sloping Snow-Pack

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Theodore E. Lang
Affiliation:
Department of Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59715, U.S.A.
Richard A. Sommerfeld
Affiliation:
U.S. Department of Agriculture Forest Service, Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station, Fort Collins, Colorado 80521, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The modeling of deformation in snow-pack of realistic geometry is reported. Experimentally measured deformation rates are compared with corresponding rates predicted from a finite-element model developed using local stratigraphy in the experimental area. Specifically designed deformation gages placed on an avalanche-sensitive snow slope at Berthoud Pass, Colorado, during the winter of 1972-73, were used to measure the experimental values. The finite-element code, based upon a plane-strain idealization, was used to model the steady-state flow of the slope. The program incorporates visco-elastic properties of the snow-pack, snow-layer stratigraphy, and the orthotropic properties of snow when both tension and compression components of stress act at a point. The degree of correlation between experimental and computed values of deformation rates is reported, and limitations of the analysis in conjunction with the type of experimental data taken are discussed.

Résumé

Résumé

Modélisation ei mesure de la déformation d’un manteau neigeux sur une pente. On rapporte la modélisation de la déformation d’un manteau neigeux en grandeur réelle. Les vitesses de déformation mesurées expérimentalement sont comparées avec les vitesses correspondantes prévues à partir d’un modéle aux éléments finis construit en utilisant la stratigraphie locale dans la zone d’expérience. Des jauges de déformation spécialement conçues placées sur une pente de neige sujette aux avalanches au Berthoud Pass (Colorado) au cours de l’hiver 1972-73 ont permis de mesurer les valeurs expérimentales. Le code aux éléments finis. basés sur une schématisation des déformations dans un plan a servi pour reproduire l’écoulement permanent sur la pente. Le programme incorpore les propriétés viscoélastiques linéaires du manteau neigeux, la stratigraphie des couches de glace et les propriétés orthotropiques de la neige Lorsque les composantes de traction et de compression agissent ensemble en un point. On rapporte le degré de corrélation entre les valeurs calculées et expérimentales de la vitesse de déformation et on discute les limites de l’analyse en égard au type de données expérimentales utilisées.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Modellbildung und Messung der Verformung einer geneigten Schneedecke. Es wird über eine Modellvorstellungfür die Verformung einer Schneedecke unter Berücksichtigung der tatsächlichen Geometrie berichtet. Experimentell gemessene Verformungsraten werden mit entsprechenden Raten verglichen, die aus einem Modell mit finiten Elementen für die lokale Stratigraphie im Versuchsgebiet hergeleitet sind. Zur Messung der Feldwerte wurden eigens konstruierte Verformungsmessdosen im Winter 1972/73 auf einem lawinenverdächtigen Schneehang am Berthoud Pass, Colorado, verteilt, Der stationäre Fluss auf dem Hang wurde unter der Modellvorstellung für finite Elemente, idealisiert mit der Annahme eines ebenen Spannungszustandes, hergeleitet. Das Programm erfassi die lineare visko-elastischen Eigenschaften der Schneedecke, die Stratigraphie der Schneeschichten und die orthotropischen Eigenschaften des Schnees, wenn sowohl Zug- wie Druckspannung an einem Punkt angreifen. Der Übereinstimmungsgrad zwischen den gemessenen und berechneten Werten der Verformungsrate wird angegeben; die Grenzen, die der Analyse durch die Art der Versuchsdaten gesetzt sind, werden diskutiert.

Information

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

Fig. 1. Detail of slope geometry and finite-element representation.

Figure 1

Fig. 2. Specific weight of snow versus height at the four gaging stations, with superimposed levels of finite-element layering as indicated. Data for day 347, 1972.

Figure 2

Fig. 3. Deformation-gage notation and geometry in the snow-pack as set on day 341, 1972.

Figure 3

Fig. 4. Linear and angle transducer response curves for the ten gages of the bridge array from day 341, 1972, to day 005, 1973.

Figure 4

TABLE I. COMPARISON OF EXPERIMENTAL MEASURED AND ANALYTICALLY COMPUTED DEFORMATION RATES AT VARIOUS DAYS OVER THE DURATION OF THE EXPERIMENT

Figure 5

Fig. 5. Specific weight of snow versus height at the four gaging stations, with superimposed levels of finite-element layering as indicated. Data for day 005, 1973.

Figure 6

TABLE II. VARIATION IN THE DEFORMATION RATES FOR A ± 10% VARIATION IN SPECIFIC WEIGHT SPECIFICATION OF THE BASAL LAYER (100 mm) OF THE FIVE- LAYER ANALYTICAL MODEL