Hostname: page-component-77f85d65b8-5ngxj Total loading time: 0 Render date: 2026-03-26T16:19:07.642Z Has data issue: false hasContentIssue false

Measurement of the Fracture Toughness of Glacier Ice

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

R.M. Andrews*
Affiliation:
Mechanical Engineering Department, University of Sheffield, Mappin Street, Sheffield SI 3JD, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Fracture-toughness testing of both fresh-water and sea ice has used specimen geometries designed for metals. These designs are too large and difficult to manufacture for testing material cored from a glacier. This paper presents an alternative specimen, a radially cracked ring fractured by internal pressure. Tests using this specimen on the Bersærkerbræ, a valley glacier in the Stauning Alper, north-east Greenland, gave a mean fracture toughness of 58 . This is half the value typically obtained by other workers in laboratory tests. The results are compared with other data and the reasons for the disagreement discussed.

Résumé

Résumé

L’étude de la ténacité tant de la glace d’eau douce que de la glace de mer a été faite en utilisant des échantillons dont la géométrie s’inspirait d’études similaires sur les métaux. Ceux- ci sont trop gros et trop difficiles à fabriquer à partir d’échantillons carottés sur un glacier. On présente un autre type d’échantillon: un anneau brisé radialement par la pression interne. Les tests utilisant de la glace du Bersærkerbrae, un glacier de vallée du Stauning Alper (Nord-est du Groenland) donnent une ténacité moyenne de 58 . C’est la moitié de ce qui est généralement obtenu dans les tests de laboratoire. Les résultats sont comparés avec d’autres données et les causes du désaccord discutées.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Untersuchung der Bruchzähigkeit sowohl von Süsswasser- wie von Meereis benutzte Probeformen, die für Metalle entworfen worden waren. Diese Formen sind zu gross und zu schwievig herzustellen, als dass sie für Bohrkerne aus einem Gletscher verwendet werden könnten. Hier wird ein anderes Müster vorgestellt, das einen radial aufgesprengten Ring benutzt, der durch inneren Druck zerbrochen wird. Versuche mit diesem Verfahren für den Bersækerbræ, einen Talgletscher in den Stauning Alper, Nordost-Grönland, ergaben eine mittlere Bruchzähigkeit von 58 . Dieser Wert ist nur halb so gross wie der, der von anderen Forschern in Labortests ermittelt wurde. Die Ergebnisse werden mit Daten früherer Arbeiten verglichen und Gründe für den Mangel an Übereinstimmung werden diskutiert.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1985
Figure 0

Fig. 1. The standard fracture-toughness test pieces for metals, drawn with the same crack lengths.

Figure 1

Fig. 2. Stress-intensity factors for the pressurized radially cracked ring specimens. The geometries are shown inset.

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Fig. 3. Schematic diagram of the field-test apparatus.

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Fig. 4. Location of the test site and the samples used for grain-size measurement on the Bersærkerbræ.

Figure 4

Table 1. Fracture-Toughness Test Results for the Ice of the Bersærkerbræ July-August 1982

Figure 5

Fig. 5. Variation of fracture toughness and corrected (using Equations (4)) fracture toughness with the depth of specimen below the glacier surface.

Figure 6

Table II. Summary of Fracture-Toughness Data for Fresh-Water and Glacier Ice

Figure 7

Fig. 6. Schematic representation of a crack and the crack-tip stress field in a polycrystalline solid.

Figure 8

Fig. 7. The effect of the ratio (grain-size/crack length) on reported fracture-toughness values for laboratory-made fresh-water ice and glacier ice.