Hostname: page-component-6898cfcb55-th4rj Total loading time: 0 Render date: 2026-11-11T09:38:50.714Z Has data issue: false hasContentIssue false

Plasticity Solution for a Glacier Snout

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

J. F. Nye*
Affiliation:
H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The flow near the end of a glacier in a steady state is investigated by using a theoretical model: a plastic–rigid material with a constant flow stress resting on a rough horizontal bed. Starting from an appropriately chosen slip-line far from the end, the slip-line field is constructed numerically and continued to the end of the glacier. The field rapidly settles down to a form independent of the precise starting conditions. In the region of small surface slope it agrees with the approximate analytical solution reported earlier (Nye, 1951). To avoid a breakdown in the method it is found necessary to modify the bed by a trivial amount over the final 3 m. In practice the ice can lose contact with the bed very near the end, and the effect of this on the solution is discussed.

The velocity field is computed for a uniform ablation-rate. Other distributions of ablation-rate could be accommodated, but there appears to be a critical gradient of ablation-rate beyond which the slip-line field fails.

Résumé

Résumé

L’écoulement près de l’extrémité d’un glacier en état stationnaire est étudié à l’aide d’un modèle théorique: un matériau plastique–rigide avec une contrainte d’écoulement constant sur un lit rugueux horizontal. Partant d’une ligne de glissement choisie d’une manière appropriée loin de l’extrémité, le champ de lignes de glissement est construit numériquement et continué jusqu’à l’extrémité du glacier. Ce champ prend rapidement une forme indépendante des conditions précises de départ. Dans la région d’une faible pente superficielle, il y a accord avec la solution analytique approchée publiée antérieurement (Nye, 1951). Pour éviter la non application de la méthode, il s’est avéré nécessaire de modifier le lit d’une grossière valeur dans les 3 derniers mètres. En pratique, la glace peut perdre le contact avec le lit très près de l’extrémité et son effet sur la solution est discuté.

Le champ des vitesses est calculé pour une vitesse uniforme de l’ablation. D’autres distributions de la vitesse d’ablation peuvent étre utilisées, mais il y a un gradient critique de la vitesse d’ablation en-dessous duquel le champ de lignes de glissement est faux.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Eisbewegung nahe am Ende eines stationären Gletschers wird mit Hilfe eines theoretischen Modelles untersucht: plastisch–starres Material unter konstanter Fliess-Spannung, das auf rauhem, horizontalem Untergrund aufliegt. Ausgehend von einer passend gewählten Gleitlinie unit grossem Zungenabstand wird das Gleitlinienfeld numerisch konstruiert und bis zur Gletscherzunge fortgesetzt. Das Feld nimmt rasch eine Gestalt an, die von den genauen Ausgangsbedingungen unabhängig ist. Im Gebiet mit geringer Oberflächenneigung stimmt es mit der früher mitgeteilten analytischen Näherungslösung (Nye, 1951) überein. Um ein Versagen der Methode zu vermeiden, erweist sich eine Abänderung des Bettes um einen unbedeutenden Betrag auf den letzten 3 m als notwendig. In der Wirklichkeit kann das Eis sehr nahe am Ende den Kontakt mit dem Untergrund verlieren; der Einfluss dieser Erscheinung auf die Lösung wird untersucht.

Das Geschwindigkeitsfeld wird für gleichförmige Ablation berechnet. Andere Ablationsverteilungen könnten berücksichtigt werden, doch scheint es einen kritischen Ablationsgradienten zu geben, über dem das Gleitlinienfeld versagt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1967
Figure 0

Fig. 1.Hypothelical states at the end of the glacier

Figure 1

Fig. 2.Curve a: Orowan’s parabolic profile. Curve b: improved parabolic profile

Figure 2

Fig. 3.Approximate cycloidal slip-line fields and velocity distributions for (a) compressing flow and (b) extending flow

Figure 3

Fig. 4.Slip-line field for a plastic material deformed between rough, parallel plates. Only one half of the block is shown. g is the centre. Shaded areas are undeforming

Figure 4

Fig. 5.The slip-line field is started as radii and circular arcs in cas and extended by a small-arc process to the end of the glacier. Only selected slip-lines are shown. The profile and slip-lines are to scale (drawn by the computer) for a starling height ak of 10h0 ( ≃ 100m.), this rather small starting height being chosen for clarity in the figure; larger starting heights and therefore longer glaciers were used for the computations reported in the paper. The boundaries shown between fields I, II and III are not of course sharp

Figure 5

Fig. 6.Computed slip-line field (to scale) very near the end of the glacier. Only selected slip-lines are shown. c is the critical point at which the bed ceases to be horizontal. Inset: final triangular element, not to scale

Figure 6

Table IValues at Extremity of Glacier

Figure 7

Fig. 7.A discontinuiy in ablation rate is associated with a discontinuity in velocity across an α-line

Figure 8

Fig. 8a.Curves a, a’: h (computed)—h (Orowan) plotted against x for two different lengths of glacier. Curves b, b’: h (computed)—h (improved parabola) plotted against x,for two different lengths of glacier

Figure 9

Fig. 8b.Test of theoretical relation between h and α. The right-hand side of formula (15) is plotted against x, for two different lengths of glacier (full curve: starting height 20√2h0; broken curve: starting height 20h0)

Figure 10

Fig. 9a to e.Cartesian stress components at 5 selected values of x. Full curves: computed; broken curves: approximate analytical solution (16)

Figure 11

Fig. 10a to e.Cartesian velocity components at 5 selected values of x. Fill curves: computed; broken curves: approximate analytical solution (18)

Figure 12

Fig. 11a.Compressive strain-rate along the bottom (broken line) and along the top surface (full line) planed against x. Starting height 20h0. Numerical scales inserted for U = 10 m./yr. (ablation rate 7.1 m./yr.) and h0 = 10 m.

Figure 13

Fig. 11b.As Figure 11a but scale of x magnified to show detail near the end

Figure 14

Fig. 12.Angle of the surface α plotted against distance from the end.