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Plane-Strain Compressive Strength of Columnar-Grained and Granular-Snow Ice*

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

R. Frederking*
Affiliation:
Division of Building Research, National Research Council of Canada, Ottawa, Ontario K1A 0R6, Canada
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

An ice cover impinging on a long straight structure is assumed to be under a condition of plane strain. A technique is described for performing plane-strain compression tests, and results are presented for the strain-rate dependence of strength. The plane-strain compressive strength of ice having anisotropic structure (columnar-grained ice) is at least two and a half times the uniaxial compressive strength, whereas the plane-strain compressive strength of ice having an isotropic structure (granular-snow ice) is at most 25% greater than the uniaxial case. The greater plane-strain compressive strength of columnar grained ice when the loading and confining directions are in the plane of the ice cover, can be attributed to its anisotropic structure, which leads to a different failure mechanism for the plane-strain case.

Résumé

Résumé

Une plaque de glace, poussant contre une structure longue droite, est supposée être en conditions de compression biaxiale. Une technique est décrite pour effectuer des essais de compression aux déformations biaxiales. Les résultats sont donnés sous la forme de la résistance en compression biaxiale en fonction du taux de déformation. La résistance en compression biaxiale de la glace anisotrope (cristaux colomnaires) est au moms 2,5 fois plus grande que la résistance en compression uniaxiale. Au contraire, la résistance en compression biaxiale de la glace isotrope (glace de neige) est au plus 25% plus grande que la résistance en compression uniaxiale. La plus grande résistance à la compression biaxiale de la glace colomnaire, où les directions de la poussée et de la réaction sont dans le plan de Ia plaque de glace, peut être attribuée à sa structure anisotrope qui se caractérise par un mode de rupture différent dans le cas de la compression biaxiale.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Bei einer Eisdecke, die gegen eine lange gerade Struktur stösst, wird ein ebener Verformungszustand angenommen. Es wird eine Technik beschrieben, wie dieser ebene Verformungszustand erzeugt wird. Es werden Ergebnisse mitgeteilt über die Abhängigkeit der Festigkeit von der Verformungsgeschwindigkeit. Die zweidimensionale Druckfestigkeit des anisotropen Eises (säulenförmige Kristalle) ist mindestens 2,5-mal grösser als die einaxiale Druckfestigkeit. Dagegen ist die zweidimensionale Druckfestigkeit des isotropen Eises (Schnee-Eis) höchstens 25% grösser als im einaxialen Spannungszustand. Die hohe zweidimensionale Druckfestigkeit des säulenförmigen Eises, bei der die Belastungsrichtungen in der Ebene der Eisdecke liegen, lässt sich mit der anisotropen Struktur des Eises erklären, die in diesem Falle zu unterschiedlichen Bruchmechanismen führt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1977
Figure 0

Fig. 1.Plane-strain compression sub-press in test machine.

Figure 1

Fig. 2.Schematic of plane-strain compression sub-press.

Figure 2

Fig. 3.Schematic of two specimen types (the 1- and 3-coordinate directions are perpendicular to the direction of growth).

Figure 3

Fig. 4.Preliminary results of strain-rate dependence of strength; S-2 columnar-grained ice, — 10°C (Frederking, unpublished).

Figure 4

Table I.Evaluation of Friction-Reducing Materials, S-2 Columnar-Grained Ice, 3.33 X 10-3 mm/s Cross-Head Rate

Figure 5

Fig. 5.Strain-rate dependence of strength (friction corrected); S-2 columnar-grained ice, A-type specimens, -10°C.

Figure 6

Fig. 6.Plane-strain compression deformation behaviour; S-2 columnar-grained ice, A-type specimens, — 10°C (dashed line indicates uniaxial compression, ? = 1.67 × 10-5 S-1).

Figure 7

Fig. 7.Textured surface produced by plane-strain deformation of S-2 columnar-grained ice, strain-rate 1.67 X 10-7 S-1 strain 0.015.

Figure 8

Table II.Measurements of Confinement Achieved by Sub-Press, S-2 Columnar-Grained Ice, 3.33 X 10-3 mm/s Cross-Head Rate

Figure 9

Fig. 8.Strain-rate dependence of strength (friction corrected); T-I granular-snow ice, - 10°C.

Figure 10

Table III.Comparison of Strain-Rate Effects on Tjniaxial and Plane-Strain Compressive Strengths at —10°C