Brittle Fracture of Ice at 77 K

Abstract

Laboratory-grown single crystals, both pure and HF-doped, and pure polycrystals of ice, as well as natural, columnar-grained ice from the River St Lawrence, have been deformed in uniaxial compression at 77 K at strain-rates between 10 -5 and 10 -3 s -1 . Brittle fracture was observed, with stress-strain curves similar to those found for rocks at room temperature. The first cracks appeared at low stresses, ≈0.3 MN m -2 , in agreement with theory, but the failure or fracture stress was high ≈50 MN m -2 . The ratio of experimental to theoretical strength was o.28. HF doping of the single crystals had no effect at this temperature. Fracturabilitie de la glace A 77 K. Des monocristaux de laboratoire, purs et dopes a l’acide fluor-hydrique, des polycristaux de glace pure ainsi que de glace colonnaire provenant de le fleuve du St-Laurcnt ont été soumis à une deformation par compression umaxiale à 77 K à des vitesses de déformation de 10 -5 à 10 -3 s -1 . Des cassures ont été observées avec une courbe effort-deformation semblable a celles que Ton observe pour des roches aux temperatures ambiantes. Les premieres fissures apparaissent pour de faibles efforts, ≈0.3 MN m -2 , conformément a la théorie mais les contraintes de rupture étaient importantes as ≈50 MN m -2 le rapport entre les resistances expérimentale et théorique était de 0,28. Le dopage à l’acide fluorhydrique d’un monocristal n’a pas d’effet à cette température. Spröder Bruck des Eises bei 77 K. Im Labor hergestellte Einkristalle, teila rein, teils HF-lackiert, reine Mehrfachkristalle von Eis, aber auch natürliches, säulenförmig gekörntes Eis aus dem St Lawrence-Strom wurden durch cinachsige Kompression mit Spannungsraten zwischen 10 -5 und 10 -3 s -1 bei 77 K deformiert. Dabei waren spröde Brüche zu beobachten, deren Last-Spannungskurven jenen fur Fels bei Zimmertemperatur ähnlich sind. Die ersten Sprünge traten bei niedrigen Spannungen von etwa 0,3 MN m -2 auf, was mit der Theorie (übereinstimmt, aber die Bruchspannung war mit etwa 50 MN m -2 sehr hoch. Das Verhältnis zwischen experimenteller und theoretischer Festigkeit betrug 0,28. HF-Lackierung der Einkristalle hatte bei dieser Temperatur keinen Einfluss.