Creep and Fabrics of Polycrystalline Ice Under Shear and Compression

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Abstract
Creep tests were performed in torsion and torsion–compression on polycrystalline ice at temperatures near the melting point. Syntectonic recrystallization occurs at strains of the order of 2–3%, leading to a rapid increase in strain-rate. It is shown that the increase of creep-rate during tertiary creep arises from the development of fabrics favouring the glide on basal planes but also from the softening processes associated with recrystallization. The c-axis fabric of recrystallized ice developed in simple shear consists of two-maxima, one at the pole of the permanent shear plane and the other between the normal of the second plane of maximum shearing stress and the principal direction of compression. In torsion–compression, a three- or four-maximum fabric is formed according to the intensity of different components of the stress tensor. The maxima are clustered around the principal direction of compression. Processes of fabric formation are discussed. The experimentally developed fabrics are probably produced by the strain-induced recrystallization, for which the driving force is provided by differences in stored plastic strain energy. However the degree of preferred orientation of ice c-axes must be a function of the total strain when syntectonic recrystallization becomes less important. In this case, fabrics are principally formed by plastic flow and a steady state is obtained for very high strains. Résumé Des expériences de fluage ont été réalisées en torsion et torsion–compression sur de la glace polycristalline près du point de fusion. La recristallisation syntectonique débute pour des déformations de l’ordre de 2 à 3%, entrainant une augmentation rapide de la vitesse de déformation. On montre que l’augmentation de la vitesse du fluage durant le fluage tertiaire provient de la formation de fabriques qui favorise le glissement basal, mais aussi des processus d’adoucissement associés à la recristallisation. En cisaillement simple, les fabriques de la glace recristallisée consistent en deux maximums, dont l’un est confondu avec le pôle du plan de cisaillement permanent et l’autre est situé entre la normale au deuxième plan de cisaillement maximum et la direction principale de compression. En torsion–compression, des fabriques à trois ou quatre maximums sont formées suivant l’intensité des différentes composantes du tenseur des contraintes. Les maximums entourent dans tous les cas la direction principale de compression. On discute des processus de formation des fabriques. Les fabriques obtenues dans ces expériences sont probablement produites par la recristallization dont le moteur est l’énergie de la déformation plastique. L’orientation préférentielle des axes c des cristaux de glace doit être une fonction de la dèformation totale atteinte lorsque la recristallization syntectonique devient moins importante. Dans ce cas, les fabriques sont principalement formées par la déformation plastique et un état permanent est obtenu seulement pour des déformations très importantes. Zusammenfassung Bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt wurden Kriechversuche an polykristallinem Eis unter Torsion und Torsion–Kompression angestellt, Bei Deformationen der Grössenordnung 2-3% tritt syntektonische Rekristallisation auf, die zu einem raschen Anwachsen der Deformationsrate führt. Es wird gezeigt, dass die Zunahme der Kriechrate bei tertiärem Kriechen auf die Entwicklung eines Gefüges, das das Gleiten auf Basisebenen begünstigt, aber auch auf die mit der Rekristallisation verbundenen Erweichungsprozesse zurückzuführen ist. Das c-Achsen-Gefüge rekristallisierten Eises, das sich unter einfacher Scherung entwickelt, weist zwei Maxima auf, eines am Pol der permanenten Scherfläche und das andere zwischen der Normalen auf die zweite Ebene maximaler Scherspannung und der Hauptrichtung der Kompression. Unter Torsion–Kompression bildet sich ein Gefüge mit drei oder vier Maxima, je nach der Intensität verschiedener Komponenten des Spannungstensors. Die Häufungsstellen der Maxima liegen um die Hauptrichtung der Kompression. Vorgänge bei der Gefügebildung werden diskutiert. Die experimentell erzeugten Gefüge entstehen vermutlich infolge der spannungsinduzierten Rekristallisation, die ihre Triebkraft aus Unter-schieden in der gespeicherten plastischen Verformungsenergie bezieht. Jedoch muss der Grad der bevorzugten Orientierung von c-Achsen im Eis eine Funktion der Gesamtverformung sein, wenn die syntektonische Rekristallisation an Bedeutung verliert. In diesem Fall bildet sich das Gefüge vor allem durch plastisches Fliessen und wird für sehr hohe Verformungen stationär.

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