https://hdl.handle.net/11264/52 Theses with/avec Embargo Thu, 09 Apr 2026 15:31:13 GMT 2026-04-09T15:31:13Z https://hdl.handle.net/11264/2243 Title: CHARACTERIZING THE MOISTURE CONTENT, TEMPERATURE, AND SHEAR STRENGTH RELATIONSHIP FOR THAW SLUMP PHYSICAL MODELS Authors: Rugwizangoga, Cedric Abstract: The Arctic region, covering approximately 11% of the globe and 15% of the Northern Hemisphere, is dominated by permafrost—subsurface soil that remains frozen for at least two consecutive years. In Canada, permafrost accounts for nearly 50% of the land area. Long-term studies indicate that the Arctic is warming at a rate four times faster than the global average. Climate warming has led to a significant increase in geohazards, including landslides, thawing glaciers, mass wasting, and instability in ice-rich soils. This study focuses on mass wasting, and in particular, a thermokarst process known as retrogressive thaw slumps, which have increased by 60% in recent decades, raising infrastructure, community, and environmental concerns. Despite prior research, the mechanisms leading to mass wasting events, including gradual retrogression, dramatic mass movement, or self-stabilization, remain unclear. Previous physical models of retrogressive thaw slumps, indicate that both gradual retrogression and dramatic mass movements occur at warming temperatures approaching 0oC. Physical models provide the opportunity to directly observe and quantify pre-failure and failure deformations. A framework for applying limit equilibrium principles to physical models has been suggested, however, there was no information to quantify shear strength-temperature-moisture properties independently. This study aims to identify an optimal method for quantifying the relationship between moisture content, temperature, and shear strength in clay soils within the range tested in physical models. Results show shear strength remains constant at positive temperatures, but a decrease of from just 0 to -1°C triples its shear strength, owing to reduction in the unfrozen water content. Results demonstrate that lower moisture content consistently corresponds to higher shear strength, independent of temperature variation. The abrupt loss of shear strength for warming from -1°C to 0°C provides new understanding and context to both physical models and field observations of thaw slumps. Using Taylor’s slope stability chart framework, zones of stability, instability, and failure for the physical models are identified. Analysis indicates that for every 1% decrease in ice/moisture content scarps 2m taller are stable. The study confirms a strong correlation between moisture content, temperature, and shear strength, enhancing understanding of thaw slump instability mechanisms, which threaten the arctic region experiencing extreme climate change.; La région arctique, couvrant environ 11% de la surface terrestre et 15% de l'hémisphère nord, est dominée par le pergélisol—un sol sous-jacent qui reste gelé pendant au moins deux années consécutives. Au Canada, le pergélisol représente près de 50% du territoire national. Des études à long terme indiquent que l'Arctique se réchauffe à un rythme quatre fois plus rapide que la moyenne mondiale. Le réchauffement climatique a entraîné une augmentation significative des géorisques, notamment les glissements de terrain, le dégel des glaciers, les mouvements de masse et l'instabilité des sols riches en glace. Cette étude se concentre sur les mouvements de masse, et en particulier sur un processus thermokarstique connu sous le nom de glissements rétrogressifs liés au dégel, dont l'incidence a augmenté de 60% ces dernières décennies, soulevant des préoccupations en matière d'infrastructures, de communautés et d'environnement. Malgré les recherches antérieures, les mécanismes conduisant à ces événements, y compris la rétrogression graduelle, les mouvements de masse soudains ou l’auto-stabilisation, restent mal compris. Les modèles physiques précédents des glissements rétrogressifs liés au dégel indiquent que des rétrogressions graduelles et des mouvements de masse spectaculaires se produisent à des températures proches de 0°C. Cette recherche vise à identifier une méthode optimale pour quantifier la relation entre la teneur en eau, la température et la résistance au cisaillement des sols argileux dans cette plage de températures. Les résultats montrent que la résistance au cisaillement reste constante à des températures positives, mais qu'une diminution de seulement 0 à -1°C triple la résistance au cisaillement, en raison de la réduction de la teneur en eau non gelée. Les résultats démontrent qu'une teneur en eau plus faible correspond systématiquement à une résistance au cisaillement plus élevée, indépendamment des variations de température. La perte abrupte de résistance au cisaillement entre -1°C et 0°C fournit de nouvelles perspectives pour les modèles physiques et les observations de terrain des glissements liés au dégel dans des conditions de réchauffement. En utilisant le cadre des graphiques de stabilité des pentes de Taylor, des zones de stabilité, d'instabilité et de défaillance pour les modèles physiques ont été identifiées. Il a été démontré qu'une diminution de 1% de la teneur en glace/humidité permet de stabiliser des escarpements jusqu'à 2 m plus hauts. Cette étude confirme une forte corrélation entre la teneur en eau, la température et la résistance au cisaillement, enrichissant ainsi la compréhension des mécanismes d'instabilité des glissements liés au dégel, qui menacent la région arctique confrontée à des changements climatiques extrêmes. Mon, 26 May 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/11264/2243 2025-05-26T00:00:00Z https://hdl.handle.net/11264/1663 Title: U. S. MARINE CORPS AVIATION IN THE SECOND WORLD WAR: ITS EFFECTIVENESS IN SUPPORT OF THE PACIFIC FLEET Authors: Owen, Peter Abstract: This dissertation investigated the effectiveness of US Marine Corps aviation in support of the US Pacific Fleet in the Second World War. The historical investigation used one fighting squadron, VMF-221, as a case study. This squadron participated in three actions that revealed aspects of marine aviation’s effectiveness in support of the fleet. The squadron’s experience in 1942 demonstrated that rapid wartime expansion and the concurrent requirement to defend advanced island bases left marine aviation unready to face the Japanese Combined Fleet at the Battle of Midway. In 1943, the squadron fought effectively, but the Solomons campaign tested the fleet’s ability to keep aircraft flying from remote airstrips in harsh, tropical climates at the end of a long transoceanic supply chain. Aboard an aircraft carrier in 1945, the squadron benefited from the carrier’s mobility and self-contained logistics, but the experience demonstrated the vulnerability of aircraft carriers and their air groups to suicide attacks. Thu, 21 Mar 2024 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/11264/1663 2024-03-21T00:00:00Z https://hdl.handle.net/11264/1643 Title: MARS TAKES FLIGHT: The United States Marine Corps Adapting Aviation in Small Wars 1919-1933 Authors: Lewis, Frederick Lance, Jr. Abstract: From 1915-1934, the United States sent the United States Marine Corps into military interventions to secure American interests in Haiti, the Dominican Republic, and Nicaragua; these interventions are now known as the Banana Wars. In February and March 1919, the US Marine Corps introduced land-based aviation into the campaigns in Haiti and the Dominican Republic, where aviation was adapted to become a fundamental yet subordinate arm for fighting small wars. While other military services around the globe created independent roles for their aviation arms, conscious decisions were made inside the Marine Corps to shape organic aviation into a platform used to support ground operations. The history of how the Marines developed the specific functions of aviation when fighting in small wars has, however, received little scholarly attention. Prominent histories only examine the Corps’ approach to fighting small wars and these rely heavily on modern counterinsurgency language in their analysis. However, the Marines developed and subsequently utilized airpower during the Banana Wars, in the context of small wars theories of the time, to become a fundamental yet subordinate arm of their small wars operations. This dissertation will demonstrate that Marines adapted aviation to suit an established operational construct for the conduct of small wars campaigns that focused on infantry operations to destroy the enemy, a construct based on the Marines’ existing small wars framework, their small wars combat experience, and their service culture. An examination of the Second Nicaraguan Campaign (1927-1933) illustrates the culmination of the development, execution, and active role aviation played during the Marines’ small wars operations in the Banana Wars.; De 1915 à 1934, les États-Unis ont envoyé le Corps des Marines des États-Unis dans des interventions militaires pour protéger les intérêts américains en Haïti, en République dominicaine et au Nicaragua ; ces interventions sont désormais connues sous le nom de Banana Wars. En février et mars 1919, le Corps des Marines des États-Unis a introduit l’aviation terrestre dans les campagnes en Haïti et en République dominicaine, où l’aviation a été adaptée pour devenir une arme fondamentale mais subordonnée dans la lutte contre les petites guerres. Alors que d’autres services militaires du monde entier créaient des rôles indépendants pour leurs armes aériennes, des décisions conscientes ont été prises au sein du Corps des Marines pour transformer l’aviation organique en une plate-forme utilisée pour soutenir les opérations au sol. L’histoire de la façon dont les Marines ont développé les fonctions spécifiques de l’aviation lors de combats dans de petites guerres a cependant reçu peu d’attention de la part des chercheurs. Les histoires marquantes examinent uniquement l’approche du Corps dans la conduite de petites guerres et v celles-ci s’appuient largement sur le langage moderne de la contre-insurrection dans leur analyse. Cependant, les Marines ont développé puis utilisé la puissance aérienne pendant les guerres de la banane, dans le contexte des théories des petites guerres de l'époque, pour devenir une arme fondamentale mais subordonnée de leurs opérations de petites guerres. Cette thèse démontrera que les Marines ont adapté l'aviation pour l'adapter à une construction opérationnelle établie pour la conduite de campagnes de petites guerres axées sur des opérations d'infanterie visant à détruire l'ennemi, une construction basée sur le cadre de petites guerres existant des Marines, leur expérience de combat dans les petites guerres et leur culture de service. Un examen de la deuxième campagne du Nicaragua (1927-1933) illustre le point culminant du développement, de l’exécution et du rôle actif que l’aviation a joué pendant les petites opérations de guerre des Marines dans les guerres de la banane. Wed, 13 Mar 2024 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/11264/1643 2024-03-13T00:00:00Z https://hdl.handle.net/11264/1623 Title: SNOW COMPACTION AS A MITIGATION TECHNIQUE TO REDUCE PERMAFROST THAW ALONG HIGHWAYS IN THE CANADIAN ARCTIC Authors: Cumming, Jay Abstract: Abstract The serviceability of Highways in northern climates is best maintained when permafrost thaw under the road structure is kept at a minimum. In current practice, roads are designed to keep the original ground surface under the road frozen year-round. However, in reality this is a highly complex problem with significant challenges including (but not limited to) poor drainage and ponding water, warming air temperatures increasing thaw, and the impact of snow depth accumulating on the embankment. The impacts of these challenges on a road include lateral spreading of the embankment, differential and irrecoverable settlement and thaw. One mitigation technique being investigated to prevent the excessive thaw of permafrost under road embankments is snow compaction. Snow acts as a thermal insulator which leads to a reduced cooling of the ground during the winter months. Through snow compaction, the thermal insulation is reduced facilitating a greater flow of heat from the ground to the air during the winter months. Field studies currently investigating snow compaction are developing databases of ground temperatures under different snow conditions, however they are limited by the snow conditions that actually occur each year and by the time required to study long-term effects. Currently, a field study is being conducted along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway in the Northwest Territories measuring the effects of snow compaction on ground temperature. The objective of this thesis is to study the influence of snow compaction as a mitigation technique for the maintenance of the Inuvik Tuktoyaktuk Highway through numerical ground temperature modelling. Using numerical models calibrated to the field site thermal data records allows for a rapid assessment of this permafrost technique under a wide range of snow conditions. This research first focuses on the calibration of a numerical model for the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway site and discusses model development with limited measured soil properties. Using climate, snow depth and density measurements from two sites, one undisturbed and one compacted, the numerical model was developed through an iterative approach. The model was developed by iterating soil properties until model temperature outputs matched the recorded temperatures recorded at the two sites. With the exception of one model output, the model temperature outputs after the final iteration for the minimum, maximum, and average annual ground temperatures were within 1 °C of the thermistor recordings. Furthermore, this research presents a parametric study, exploring what most influences the thermal regime of the sites. This included evaluating the impact of snow depth, snow compaction cycles (both annually and monthly), lateral heat flow under different compactions, and the effect of an embankment snow accumulation. The snow scenarios included snow compaction applied to historically low, high, and average snow depth and an investigation into the efficacy of the time and frequency of when snow compaction occurs using 18 years of snow depth data (2003-21) from Inuvik. In the 1D model and 2D model with embankment it was found that snow compaction works best with a historically average snow depth and had little effect on when applied to high or low snow depths. It was also found that snow compaction works best when applied multiple years in a row, as changes in ground temperature will eventually revert to non-compacted conditions when snow is left undisturbed. Investigations into the time during which snow compaction is applied in a winter revealed that it is most effective to apply snow compaction early during the winter in December. Using the 2D model to investigate lateral heat flow changes in thaw depths are seen up to 2 m into an area of uncompacted snow area with that has undergone snow compaction. The 2D model also revealed that long term snow compaction can greatly reduce the time the active layer is present, with a 37-to-45-day reduction after 10 years of snow compaction. iv The final section of the thesis summarizes the findings obtained from the numerical models, limitations in the research, and presents further areas for future research. Potential areas of future research include developing models for different sites with different ground conditions along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway, using greenhouse gas emission scenarios to test the viability of snow compaction with rising temperatures, and to incorporate a geothermal flux function into the model.Resume Les infrastructures linéaires dans les climats nordiques ont le défi unique de maintenir leur état de fonctionnement tout en étant construites sur le pergélisol. Dans la pratique actuelle, les routes sont conçues pour maintenir la surface du sol d'origine sous la route pour qu'elle soit gelée toute l'année. Cependant, en réalité, il s'agit d'un problème très complexe avec des défis importants, notamment (mais sans s'y limiter) un mauvais drainage et des flaques d'eau, le réchauffement des températures de l'air augmentant le dégel et l'impact de l'épaisseur de la neige qui s'accumule sur le remblai. Les impacts de ces défis sur une route comprennent l'étalement latéral du remblai, le tassement différentiel et irrécupérable et le dégel. Une technique d'atténuation à l'étude pour empêcher le dégel excessif du pergélisol sous les remblais routiers est le compactage de la neige. La neige agit comme un isolant thermique, ce qui réduit le refroidissement du sol pendant les mois d'hiver. Grâce au compactage de la neige, l'isolation thermique est réduite facilitant un plus grand flux de chaleur du sol vers l'air pendant les mois d'hiver. Les études sur le terrain portant actuellement sur le compactage de la neige développent des bases de données sur les températures du sol dans différentes conditions de neige, mais elles sont limitées à la fois par le temps et les conditions de neige se produisent réellement chaque année et par le temps nécessaire pour étudier les effets à long terme. Actuellement, une étude sur le terrain est menée le long de la route Inuvik-Tuktoyaktuk dans les Territoires du Nord-Ouest pour mesurer les effets du compactage de la neige sur la température du sol. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence du compactage de la neige comme technique d'atténuation pour l'entretien de l'autoroute Inuvik-Tuktoyaktuk grâce à la modélisation numérique de la température du sol. L'utilisation de modèles numériques calibrés sur les enregistrements de données thermiques du site sur le terrain permet une évaluation rapide de cette technique de pergélisol dans une large gamme de conditions de neige. Cette recherche se concentre d'abord sur l'étalonnage d'un modèle numérique pour le site de l'autoroute Inuvik-Tuktoyaktuk et discute du développement d'un modèle avec des propriétés de sol mesurées limitées. À l'aide de mesures du climat, de l'épaisseur et de la densité de la neige sur deux sites, l'un non perturbé et l'autre compacté, le modèle numérique a été développé selon une approche itérative. Le modèle a été développé en itérant les propriétés du sol jusqu'à ce que les sorties de température du modèle correspondent aux températures enregistrées sur les deux sites. À l'exception d'une sortie de modèle, les sorties de température du modèle après l'itération finale pour les températures annuelles minimales, maximales et moyennes du sol se situaient à moins de 1 °C des enregistrements de la thermistance. Le chapitre 3 est une étude paramétrique, explorant ce qui influence le plus le régime thermique des sites. Cela comprenait l'évaluation de l'impact de l'épaisseur de la neige, des cycles de compactage de la neige (annuels et mensuels), du flux de chaleur latéral sous différents compactages et de l'effet d'une accumulation de neige sur un remblai. Les scénarios de neige comprenaient le compactage de la neige appliqué à une épaisseur de neige historiquement faible, v élevée et moyenne et une enquête sur l'efficacité du moment et de la fréquence du compactage de la neige à l'aide de 18 années de données sur l'épaisseur de la neige (2003-21) d'Inuvik. Dans le modèle 1D et le modèle 2D avec remblai, il a été constaté que le compactage de la neige fonctionne mieux avec une épaisseur de neige historiquement moyenne et a peu d'effet lorsqu'il est appliqué à des épaisseurs de neige élevées ou faibles. Il a également été constaté que le compactage de la neige fonctionne mieux lorsqu'il est appliqué plusieurs années de suite, car les changements de température du sol reviendront éventuellement à des conditions non manipulées lorsque la neige n'est pas perturbée. Des enquêtes sur le moment auquel le compactage de la neige est appliqué en hiver ont révélé qu'il est plus efficace d'appliquer le compactage de la neige au début de l'hiver en décembre. En utilisant le modèle 2D pour étudier les changements de flux de chaleur latéraux dans les profondeurs de dégel, on peut voir jusqu'à 2 m dans une zone de neige non compactée et une zone avec qui a subi un compactage de la neige. Le modèle 2D a également révélé que le compactage de la neige à long terme peut réduire considérablement la durée de présence de la couche active, avec une réduction de 37 à 45 jours après 10 ans de compactage de la neige. Le chapitre 4 résume les résultats obtenus à partir des modèles numériques, les limites de la recherche et présente d'autres domaines de recherche future. Les domaines potentiels de recherche future comprennent le développement de modèles pour différents sites avec différentes conditions de sol le long de l'autoroute Inuvik-Tuktoyaktuk, l'utilisation de scénarios d'émissions de gaz à effet de serre pour tester la viabilité du compactage de la neige avec la hausse des températures et l'intégration d'une fonction de flux géothermique dans le modèle. Sat, 11 Mar 2023 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/11264/1623 2023-03-11T00:00:00Z