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Quantitative Stereological Analysis of Grain Bonds in Snow

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

P. R. Kry*
Affiliation:
Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung, 7260 Davos, Switzerland
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Abstract

A section-plane preparation technique and an operational definition of a snow grain bond are developed to allow the quantitative analysis of bonding in snow structure. Values for three-dimensional grain size, grain-bond size and number density, and related bonding measurements are presented for equi-temperature metamorphosed snow. These results from mutually orthogonal planes within a given snow block show that the assumptions of randomness and isotropy of grain and grain-bond location and orientation, necessary for stereological analysis from one plane, are satisfied to within ± 10% even after 30% uniaxial plastic deformation of the snow block. The idealization of a grain bond as a circular plane disk yields self-consistent results. The number of bonds per grain cannot be accurately determined from two-dimensional studies due to variations in the shape and size of snow grains within a given sample.

Résumé

Résumé

Une méthode permettant de prépare des sections et une hypothèse de travail définissant une liaison entre des grains été développées pour rendre possible une analyse quantitative des liaisons dans la structure de it neige. On présente des valeurs pour les 3 dimensions des grains, la grosseur des liaisons entre les grains et leur nombre par unité de volume ainsi que d’autres valeurs semblables, mesurées dans de la neige transformée, à température constante. Les résultats obtenus des sections mutuellement orthogonales d’un échantillon particulier confirment à plus de ±10% près les hypothèses que les grains et les liaisons entre les grains soient répartis aléatoirement et qu’il soient, isotropes aux sujets de lieu et d’orientation, même après une déformation plastique de 30% dans un axe unique. Ces hypothèses permettent l’analyse stéréologique d’une seule coupe. La liaison entre les grains idéalisée en disque plan ne contredit point les résultats. Il n’est pas possible de déterminer exactement le nombre de liaisons par grain par des études bidimensionnelles à cause de la variation de la forme et de la grasseur des grains dans un échantillon particulier.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine Methode zur Bearbeitung von Schnittflächen und eine Arbeitshypothese zur Definition einer Kornbindung wurden entwickelt um eine quantitative Analyse der Bindungsverhältnisse in der Schneestruktur zu ermöglichen. Dreidimensionale Werte für Korngrösse, Grösse der Kornbindung und Anzahl del Kornbindungen pro Volumeneinheit und verwandte Grössen sind dargestellt für unter homogenen Temperaturen umgewandelten Schnee. Die Resultate aus gegenseitig orthogonalen Schnittflächen einer gegebenen Schneeprobe zeigen, dass die Annahmen einer zufälligen Verteilung und Isotropie von Ort und Orientierung der Körner und Kornbindungen – welche für eine stereologische Analyse aus nur einer Schnittebene notwendig sind — innerhalb einer Streuung von ± 10% erfüllt sind, sogar nach einer 30% igen einachsialen plastischen Verformung. Die Idealisierung einer Bindungsstelle als kreisförmige, ebene Scheibe ergibt in sich widerspruchsfreie Resultate. Die Anzahl der Bindungen pro Korn kann a us zweidimensionalen Untersuchungen nicht genau bestimmt werden wegen der Variationen der Kornform und -grösse innerhalb einer gegebenen Schneeprobe.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1975
Figure 0

Fig. 1.The prepared section plane of a snow sample.

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Fig. 2.Magnified portion of a section plane showing outlining of the snow phase with potassium permanganate powder.

Figure 2

Fig. 3.Section plane with line of the intersection of the surface with the bonds between snow grains indicated according to the operational definition.

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Fig. 4.Schematic section plane with superimposed grids of test points, (+) and test lines.

Figure 4

Fig. 5.Correspondence between snow sample density p as measured both mechanically and statistically. The dotted lines indicate the expected statistical error.

Figure 5

Table I.Structural properties of five snow samples characterized by their densities

Figure 6

Fig. 6.Correspondence between the number of grain bonds intersected per unit length of test line NI, as measured by direct counting and as calculated from independent measurements, assuming the grain bonds to be disks.