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The Effect of Anisotropy on the Creep of Polycrystalline Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

R. C. Lile*
Affiliation:
Meteorology Department, University of Melbourne, Parkville, Victoria 3052, Australia
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Abstract

Quantitative effects of crystallographic orientation fabrics are incorporated into the flow law for isotropic polycrystalline ice by the introduction of an enhancement factor applied to the isotropic fluidity. An aggregate is viewed to a first approximation as a collection of grains deforming independently by basal glide. The influence of preferred orientations on the mean intragranular rate of strain is treated in terms of a redistribution of the magnitude and orientation of resolved basal shear stress. A quantitative measure of this effect on the fluidity of the aggregate is provided through the development of a geometric tensor and a stress configuration parameter. Intergranular interference is then considered as a dissipative process modifying the fluidity of the aggregate.

Empirical justification for the model at low octahedral shear stresses is provided by several laboratory creep tests on naturally anisotropic bore-hole specimens under both in situ and anomalous stress situations. Predicted enhancement factors ranged from approximately 0.2 to 2.8 and agree well with measured values. The tests were carried out in uniaxial compression and simple shear.

Résumé

Résumé

Des effets quantitatifs liés à l'orientation cristallographique résultant de la texture sont pris en considération dans la loi d'écoulement généralement utilisée pour la glace polycristalline isotrope en associant un facteur d'accroissement à la fluidité isotrope. Un agrégat est considéré en première approximation comme un ensemble de grains indépendants se déformant d'abord par glissement basal. L'influence des orientations préférentielles sur la vitesse moyenne de déformation intergranulaire est traitée en terme d'une redistribution de la grandeur et de l'orientation de la contrainte de cisaillement réduite dans le plan basal. Une mesure quantitative de cet effet sur la fluidité de l'agrégat est obtenue à l'aide du développement d'un tenseur géométrique et d'un paramètre lié à la configuration de la contrainte. L'accomodation intergranulaire est ensuite considérée comme un processus dissipatif modifiant la fluidité de l'agrégat.

La justification expérimentale du modèle dans le cas de faibles contraintes de cisaillement octaédriques est faite grâce à plusieurs essais de fluage en laborátoire sur des carottes de glace naturelle anisotropes à la fois sous des contraintes, correspondant à celles existant dans les glaciers, et, des contraintes exceptionnelles. Les facteurs d'accroissement prévus ont des valeurs comprises entre 0,2 et 2,8 et correspondent bien aux valeurs mesurées. Les essais sont faits par compression uniaxiale et par cisaillement simple.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Quantitative Einflüsse der kristallographischen Orientierungsstruktur werden in das Fliessgesetz für isotropes polykristallines Eis einbezogen, indem ein Steigerungsfaktor der isotropen Fliessfähigkeit eingeführt wird. Ein Aggregat wird in erster Näherung als eine Ansammlung von Körnern betrachtet, die unabhängig voneinander durch basales Gleiten verformt werden. Der Einfluss bevorzugter Orientierungen auf die mittlere Dehnungs-geschwindigkeit in den Körnern wird durch eine Neuverteilung der basalen Schubspannung nach Grösse und Orientierung berücksichtigt. Ein quantitatives Mass dieser Auswirkung auf die Fliessfähigkeit des Aggregats wird durch die Entwicklung eines geometrischen Tensors und eines Spannungskonfigurations-parameters gegeben. Gegenseitige Beeinträchtigung der Körner wird dann als dissipativer Vorgang betrachtet, der die Fliessfähigkeit des Aggregats verändert.

Das Modell wird bei niedrigen oktaedrischen Schubspannungen durch mehrere Kriechversuche im Labor an natürlich anisotropen Bohrlochproben empirisch bestätigt, sowohl unter in situ- als auch unter anomalen Spannungsbedingungen. Die vorausgesagten Steigerungsfaktoren erstrecken sich von ungefähr 0,2 bis 2.8 und stimmen gut mit gemessenen Werten überein. Die Versuche wurden unter einachsigem Druck und einfachem Schub ausgeführt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig. 1.Fabrics of (a) laboratory-prepared isotropic ice, (b) Cape Folger core from 200 m depth sectioned at 45° to the horizontal and (c) a horizontal section of Dome Summit core from 318 m depth.

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Fig. 2.Creep curves of axial strain versus time for specimens in uniaxial compression.

Figure 2

Fig. 3.Creep curves of shear strain versus time for specimens in simple shear.

Figure 3

Table 1.High-Frequency Conductivity of Ice