基于 Mohr-Coulomb 的新型相场断裂模型用于建模冰崖稳定性

冰川末端冰山崩裂导致冰盖质量损失，但相关的断裂力学常使用简化的（经验或基于基础力学的）破坏准则来描述，效果不佳。此处，我们提出一种先进的 Mohr-Coulomb 破坏准则，基于冰的粘弹性应力状态驱动裂纹扩展。该准则被实现于相场断裂框架中，并通过有限元模拟确定触发冰崖坍塌的临界条件。结果表明，具有可忽略底部摩擦的快速移动冰川易发生拉张破坏，导致裂缝在远离冰前处扩展；而具有显著底部摩擦的缓慢移动冰川则可能在冰前附近表现出剪切破坏。结果还表明，海水压力在调节冰崖破坏中起重要作用。对于陆地终止冰川，若冰川超过临界高度则发生全厚度冰崖破坏，该临界高度取决于内聚力 $\tau_\mathrm{c}$（当 $\tau_\mathrm{c}=0.5\ \text{MPa}$ 时，$H \approx 120\ \text{m}$）。对于海洋终止冰川，若超过临界冰川自由吃水高度（$H-h_\mathrm{w}$）则发生冰崖破坏，仅在海面以上观察到冰体滑移；当 $\tau_\mathrm{c} = 0.5\ \text{MPa}$ 时，模型预测的临界自由吃水高度为 $H-h_\mathrm{w} \approx 215\ \text{m}$，与现场观测吻合良好。虽然临界自由吃水高度高于某些先前模型的预测，但我们不能得出海洋冰崖不稳定性更低的结论，因为我们未纳入其他破坏过程，如底部裂缝的水力劈裂和塑性颈缩。