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The Granular Structure of Snow: An Internal-State Variable Approach

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

A. C. Hansen
Affiliation:
Department of Mechanical Engineering, University of Wyoming, Laramie, Wyoming 82071, U.S.A.
R. L. Brown
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59717, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

A statistical model characterizing the granular structure of snow is developed using quantitative stereology. The model is based on specific parameters (e.g. bond radius, grain-size, etc.) which take the form of internal-state variables in a constitutive theory for high-rate deformation of snow. In addition to parameters developed by other authors in previous investigations, a new parameter characterizing the mean bond length is developed. More significantly, general relations are derived for the mean number of bonds per grain and mean number of grains per unit volume without making any assumptions regarding the shape or size of the ice grains, or their respective distributions.

Résumé

Résumé

On développe un modèle statistique pour caractériser la structure granulaire de la neige à l’aide d’une stéréologie quantitative. Le modèle est basé sur des paramètres spécifiques (comme le rayon de voisinage, la taille du grain, etc.) qui prend en compte la forme des variables d’état interne dans une théorie constitutive pour de fortes vitesses de déformation de la neige. En plus des paramètres utilisés par d’autres auteurs lors de précédentes recherches, on introduit un nouveau paramètre caractérisant la distance moyenne de voisinage. Enfin, on en déduit des relations générales pour le rayon moyen de voisinage par grain et le nombre moyen de grains par unité de volume sans faire aucune hypothèse au sujet de la forme ou taille des grains de glace, ni de leur répartitions respectives.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Mit Hilfe der quantitativen Stereologie wird ein statistisches Modell zur Charakterisierung der Kornstruktur des Schnees entwickelt. Das Modell stützt sich auf spezifische Parameter (z.B. Bindungsradius, Korngrösse, etc.), welche die Form innerer Zustandsvariabler in einer konstitutiven Theorie für hochgradige Verformung von Schnee annehmen. Zusätlich zu Parametern, die von anderen Autoren in früheren Untersuchungen herangezogen wurden, wird ein neuer Para-meter eingeführt, der die mittlere Bindungslänge kennzeichnet. Von noch grösserer Bedeutung ist die Herleitung allgemeiner Beziehungen für die mittlere Zahl von Bindungen pro Korn and von Körnern pro Volumeneinheit, die ohne Voraussetzungen hinsichlich der Form oder Grösse der Eiskörner oder deren jeweiliger Verteilung vorgenommen wird.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1986
Figure 0

Fig. 1. Image-enhanced surface section showing the three phases of interest. The solid and broken lines indicate respective areas of analysis.

Figure 1

Fig. 2. Counting relationship for NαL.(a) NαL = 5/∆ (b) NαL = 6/∆