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1、构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4岩石变形的力学分析 第一页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第一页，编辑于星期六：十一点二十二分。1构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.1 应力分析 4.1.1 4.1.1 外力、内力和应力外力、内力和应力 力力是是物物体体间间的的相相互互作作用用，这这种种作作用用使使这这些些物物体体发发生生机机械械运运动动状状态态的的改改变变，说说明明一一个个力力，具具有有三三个个要要素素：方方向向、大大小小、作作用用点。点。对对于于一一个个物物体体来来讲讲，力力又又可可分分为为外外力力和和内内力力，外外力力又又有有面面力和体力之分。例如太阳和地球之
2、间的引力属于体力。力和体力之分。例如太阳和地球之间的引力属于体力。内内力力是是同同一一物物体体内内部部各各局局部部之之间间的的相相互互作作用用力力，内内力力又又可可分分为为固固有有内内力力自自然然状状态态粒粒子子结结合合力力，以以及及附附加加内内力力反反映映外外力力作作用用效效果果，我我们们所所讨讨论论的的主主要要是是与与物物体体发发生生变变形形和和破破坏坏有有关关的附加内力，所以，后面所说的内力都是附加内力。的附加内力，所以，后面所说的内力都是附加内力。内力通常用应力来表示他内力通常用应力来表示他第二页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二页，编辑于星期六：十一点二十二分。2构造地质学与大地
3、构造学构造地质学与大地构造学 4 4.1.2 应力状态与应力椭球体 受力物体内任意点的应力分布可截取包含该点的小单元体正六面体来考察。当物体受力而处于平衡状态时，通过该物体内部任意点总是可以截取这样一个微小单元体，使其六个面上都只有正应力()的作用，而无剪应力()的作用。这六个面上的正应力称为主应力。其可以是拉伸，也可以是压缩。当六个面上三对主应力值都相等时，物体只会发生体积改变，而形状不变；当三对主应力大小不等时，物体就会发生形状的变化，此时，三对主应力分别称为最大主应力，最小主应力和中间主应力，最大和最小主应力的差值越大，物体形态变化越大。第三页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三页，编
4、辑于星期六：十一点二十二分。3构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学空间应力状态 我们可以根据三个主应力的矢量为半径作出一个椭球体，这个椭球体称为应力椭球体。应力椭球体的三个主轴称为主应力轴；应力椭球体的形态决定于三个主应力的相对大小。物体中一点的空间应力状态可以根据其应力椭球体的形态分为三种：1、三轴应力状态2、双轴应力状态3、单轴应力状态4、纯剪应力状态5、静水压力第四页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第四页，编辑于星期六：十一点二十二分。4构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学 4.1.3 二维应力分析 我们在中学时就学过，一维是直线，二维是平面，三维是空间，本局部我们重点
5、介绍平面上应力分布状态。1、单轴应力状态的二维应力分析2、双轴应力状态分析3、明斯关于物体内一点的二维应力状态的概括1、静水拉伸2、一般拉伸3、单轴拉伸4、拉伸压缩5、纯剪应力6、单轴压缩7、一般压缩8、静水压缩 第五页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第五页，编辑于星期六：十一点二十二分。5构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.1.4 应力场、构造应力场、应力轨迹和应力集中 任任何何一一物物体体或或岩岩体体中中的的每每一一点点都都存存在在着着一一个个与与该该点点对对应应的的瞬瞬时时应应力力状态，一系列瞬时的点应力状态组成的空间称为应力场。状态，一系列瞬时的点应力状态组成的空间称为应
6、力场。应力场中各点应力状态都相同那么称为均匀应力场。应力场中各点应力状态都相同那么称为均匀应力场。如如果果应应力力场场中中各各点点应应力力状状态态并并不不相相同同，从从一一点点到到另另一一点点其其应应力力状状态态存在着变化，那么称为非均匀应力场。存在着变化，那么称为非均匀应力场。构构造造应应力力场场：是是指指地地壳壳内内某某一一瞬瞬时时，一一定定范范围围内内的的应应力力状状态态。构构造造应应力力场场中中的的应应力力分分布布和和变变化化是是连连续续而而有有规规律律的的，研研究究构构造造应应力力场场的的目目的的在在于于揭揭示示一一定定范范围围内内应应力力分分布布的的规规律律；构构造造应应力力场场的
7、的性性质质；地地壳壳运运动动的的方方式式和和方方向向；及及其其对对区区域域构构造造发发育育的的制制约约关关系系和和推推断断可可能能在在何何处处出出现现的的某某种种构构造造等等。例例如如，对对一一个个区区域域构构造造应应力力场场了了解解后后，就就可可根根据据其其开开展展规规律律而而预预测测和和推推断断矿矿产产、油油气气田田的的分分布布状状况况，以以及及钻钻探探孔孔位位布布置，地震剖面的选择。置，地震剖面的选择。第六页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第六页，编辑于星期六：十一点二十二分。6构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学构造应力场的类型构造应力场的类型：1、根据研究对象的规模可分为：
8、局部构造应力场区域构造应力场全球构造应力场2、根据时间新老可分为：古构造应力场现代构造应力场第七页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第七页，编辑于星期六：十一点二十二分。7构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学应力轨迹 构造应力场中应力状态可以用应力轨迹表现，应力轨迹又称应力迹线、或应力网络，它定性地表示了主应力和最大剪应力的作用方位。应力轨迹可以通过光弹模拟实验和计算方法求得。应力轨迹的形态在一定程度上反映了构造应力的分布状态，构造应力的分布状态又同一定的边界条件作用外力的性质张、压、大小、方向及受力岩块边界的几何形态等有密切关系。当边界条件发生变化时，已经形成的构造应力场，将随边界条
9、件的变化而改变，从而引起构造形态及其力学性质的转化 第八页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第八页，编辑于星期六：十一点二十二分。8构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学应力集中 根据材料力学计算，当物体内部有孔洞、缺口或微裂隙存在时，就会在该处产生局部的应力集中。岩体中常有许多裂隙，所以应力集中的现象在地壳中是常见的现象，从而影响构造应力场中应力分布状态 在日常生活中，我们也常常遇到应力集中的问题。例如，当一张纸上有一条口子时，此处应力集中，非常容易破坏。对于岩体来说，应力集中现象存在，对岩石的破坏起着非常重要的作用：岩石中早期断裂处，应力最容易集中。应力集中和受力条件有着密切的关系
10、应力集中与岩石的力学性质密切相关 研究应力集中现象对于地震地质，水文和工程地质有着重要的意义第九页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第九页，编辑于星期六：十一点二十二分。9构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学研究构造应力场的方法和本卷须知研究构造应力场的方法和本卷须知目前研究构造应力场的主要方法有：目前研究构造应力场的主要方法有：野外构造观察和分析野外构造观察和分析区域性构造的综合分析区域性构造的综合分析室内光弹模拟实验室内光弹模拟实验有限单元法数值模拟计算有限单元法数值模拟计算在进行构造应力场研究时应注意：在进行构造应力场研究时应注意：地质开展历史的长期性地质开展历史的长期性地质体的
11、不均匀性地质体的不均匀性地质构造形成的多期性地质构造形成的多期性地质构造形成的复杂性地质构造形成的复杂性地质构造形成的叠加性地质构造形成的叠加性第十页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十页，编辑于星期六：十一点二十二分。10构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.2 变形分析变形和应变变形和应变 物物体体受受到到力力的的作作用用后后，其其内内部部各各点点间间相相互互位位置置发发生生改改变变，称称为为变变形形。变变形形可可以以是是体体积积的的改改变变，也也可可以以是是形形状状的改变，或二者均有改变。的改变，或二者均有改变。物物体体变变形形的的程程度度用用应应变变来来量量度度，即即以以其
12、其相相对对变变形形来来量量度度，应应变变所所涉涉及及的的物物体体形形态态的的变变化化，总总是是与与物物体体的的两两个个状状况况有有关关初初态态和和始始态态，所所以以下下面面所所指指的的应应变变，只只涉涉及及到到系系统统的的两两个个特特定定的的状状态。态。A AA A.平平平平移移移移；B B B B.旋旋旋旋转转转转；C C C C.形形形形变变变变；D DD D.体体体体变变变变第十一页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十一页，编辑于星期六：十一点二十二分。11构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.2.1 应 变1 1、线线应应变变：物物体体变变形形前前后后的的相相对对伸伸长长或
13、或缩缩短短。又又可可分分为为纵纵向向线线应应变和横向线应变。变和横向线应变。1 1定义：定义：变形前后线段长度的变化变形前后线段长度的变化 2 2应变量计算：应变量计算：A.A.单位长度比：单位长度比：式式中中：线线应应变变量量；l0l0、l1l1变变形形前前、后后同同一一线线段段的的长长度比伸长为正；缩短为负度比伸长为正；缩短为负 B.B.平方长度比：平方长度比：式中：式中：变形前、后同一线段的长度比的平方变形前、后同一线段的长度比的平方实实实实验验验验证证证证明明明明：在在在在弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形范范范范围围围围内内内内，一一一一种种种种材材材材料料料料的的的的横横横横向向向向
14、线线线线应应应应变变变变和和和和纵纵纵纵向向向向线线线线应应应应变变变变之之之之比比比比的的的的绝绝绝绝对对对对值值值值为为为为一一一一常常常常数数数数。这这这这个个个个常常常常数称为泊松比。数称为泊松比。数称为泊松比。数称为泊松比。泊泊泊泊松松松松效效效效应应应应：在在在在单单单单轴轴轴轴拉拉拉拉伸伸伸伸或或或或压压压压缩缩缩缩条条条条件件件件下下下下，既既既既有有有有平平平平行行行行于于于于作作作作用用用用力力力力方方方方向向向向的的的的变变变变形形形形，又又又又有有有有垂垂垂垂直直直直于于于于作用力方向上的变形。作用力方向上的变形。作用力方向上的变形。作用力方向上的变形。第十二页，编辑于
15、星期五：十七点 四十八分。第十二页，编辑于星期六：十一点二十二分。12构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学剪应变2 2、剪应变、剪应变原来互相直交的两条直线，变形后所改变的角度值。原来互相直交的两条直线，变形后所改变的角度值。剪应变以旋转角度的正切函数表示剪应变以旋转角度的正切函数表示由由于于材材料料力力学学所所考考虑虑的的变变形形为为弹弹性性范范围围内内的的微微量量变变形形。所所以以，通常剪应变可以用弧度表示。通常剪应变可以用弧度表示。1 1定义：定义：角应变：变形前相互垂直的两条直线，角应变：变形前相互垂直的两条直线，变变形形后后其其夹夹角角偏偏离离直直角角的的量量 剪应变：角应变
16、的正切剪应变：角应变的正切 2 2应变量计算：应变量计算：=tg =tg 右偏为正；左偏为负右偏为正；左偏为负第十三页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十三页，编辑于星期六：十一点二十二分。13构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学应变轴的规定及与主应力轴之关系 通通过过变变形形物物体体内内部部任任意意点点总总可可以以截截取取这这样样一一个个立立方方体体，在在其其三三个个互互相相垂垂直直的的面面上上都都只只有有线线应应变变而而无无剪剪应应变变，即即只只有有伸伸长长和和缩缩短短，这这三三个个互互相相垂垂直直的的面面称称为为主主应应变变面面，三三个个主主应应变变方方向向称称为为主主应应变变
17、轴轴。并并规规定定：最最大大伸伸长长方方向向为为最最大大应应变变轴轴A A轴轴，最最大大缩缩短短方方向向为为最最小小应应变变轴轴C C轴轴，介介于于两两者者之之间间为为中中间间应应变变轴轴B B轴轴，B B轴轴方方向向既既可可是是拉拉伸伸，也也可以是缩短可以是缩短.一一般般情情况况下下，最最大大主主应应力力与与C C轴轴一一致致，最最小主应力与小主应力与A A 轴一致轴一致 第十四页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十四页，编辑于星期六：十一点二十二分。14构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.2.1.2 4.2.1.2 均匀变形和非均匀变形均匀变形和非均匀变形 在自然界中，岩石发
18、生变形的方式有五种：拉伸、挤压、剪切、弯曲和扭转。这五种方式归纳起来，就为两种变形类型：均匀变形和非均匀变形。第十五页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十五页，编辑于星期六：十一点二十二分。15构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学1、均匀变形 均匀变形：岩石的各个局部的变形性质、方向和大小都相同的变形。均匀变形的特征：原来是直线，变形后仍然是直线。原来互相平行的直线，变形后仍然相互平行 拉伸、挤压、剪切属于均匀变形 第十六页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十六页，编辑于星期六：十一点二十二分。16构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学Tectonic Forces and
19、Resulting DeformationTectonic Forces and Resulting Deformation第十七页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十七页，编辑于星期六：十一点二十二分。17构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学 2、非均匀变形 非均匀变形：岩石各点变形的方向、大小和性质是变化的变形。非均匀变形的特征：原来是直线，变形后为曲线 原来互相平行的直线，变形后变成不平行的曲线。岩石中各点的主应变轴方位是变化的弯曲和扭转属于非均匀变形 均匀变形和非均匀变形是一个相对的概念，在讨论岩石变形时，通常将整体非均匀变形近似地看作是假设干连续的局部均匀变形的总和 第十八
20、页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第十八页，编辑于星期六：十一点二十二分。18构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.2.2 岩石变形的阶段 岩岩石石和和其其他他固固体体物物质质一一样样，在在外外力力的的作作用用下下，一一般般都都经经历历弹弹性性变变形形、塑塑性性变变形形和和断断裂裂变变形形三三个个阶阶段段。由由于于岩岩石石力力学学性性质质不不同同，不不同同岩岩石石的的三三个个变变形形阶阶段段长长短短和和特特点点也也就就各各不不相相同同。如如脆脆性性岩岩石石的的塑塑性性变变形形阶阶段就短，而韧性岩石的塑性变形阶段就长。段就短，而韧性岩石的塑性变形阶段就长。第十九页，编辑于星期五：十七
21、点 四十八分。第十九页，编辑于星期六：十一点二十二分。19构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学1、弹性变形 岩岩石石在在外外力力作作用用下下发发生生变变形形，当当外外力力取取消消后后，又又完完全全恢恢复复到到变变形形前前的的状状态态，这这种种变变形形称为弹性变形。岩石的这种力学性质叫弹性。称为弹性变形。岩石的这种力学性质叫弹性。弹性变形的主要特点是：应力与应变之间成正比关系，符合虎克定律。弹性变形的主要特点是：应力与应变之间成正比关系，符合虎克定律。从从显显微微机机制制来来看看，岩岩石石变变形形是是由由组组成成他他们们的的内内部部质质点点，如如分分子子、原原子子或或离离子子受受引引力力
22、的的作作用用而而发发生生别别离离、靠靠拢拢或或转转动动，从从而而导导致致岩岩石石形形态态和和体体积积的的改改变变。质质点点位位移移打打破破平平衡衡，吸吸收收位位能能，短短期期内内，外外力力去去掉掉，位位能能作作用用使使位位移移了了的的质质点点又又回回到到它它原原来来的的位位置置或或局局部部恢恢复到它原来的位置，这就是弹性变形回复或弹性回跳现象。复到它原来的位置，这就是弹性变形回复或弹性回跳现象。地地震震冲冲击击波波的的转转播播就就是是地地壳壳内内岩岩石石具具有有弹弹性性变变形形的的一一个个特特征征。岩岩石石发发生生的的纯纯粹粹弹弹性性变变形形是是很很少少留留下下痕痕迹迹的的，对对研研究究地地质
23、质构构造造没没有有多多大大的的意意义义。但但是是对对地地震震研研究究、工工程程建建设设等等方面具有一定意义方面具有一定意义 第二十页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十页，编辑于星期六：十一点二十二分。20构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学2 2、塑性变形、塑性变形 当当当当外外外外力力力力继继继继续续续续增增增增加加加加，变变变变形形形形继继继继续续续续增增增增强强强强，以以以以致致致致当当当当应应应应力力力力超超超超过过过过岩岩岩岩石石石石的的的的弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限时时时时，此此此此时时时时如如如如将将将将外外外外力力力力去去去去掉掉掉掉，变变变变形形形形后后后
24、后的的的的岩岩岩岩石石石石不不不不可可可可能能能能完完完完全全全全恢恢恢恢复复复复到到到到原原原原来来来来的的的的形形形形状状状状，而而而而留留留留下下下下永永永永久久久久性性性性变变变变形形形形,这这这这种种种种变变变变形形形形称称称称为为为为塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形。屈服屈服屈服屈服(CD(CD(CD(CD段段段段)屈服点屈服点屈服点屈服点(C(C(C(C点点点点)屈服极限屈服极限屈服极限屈服极限(c c c c值值值值)低碳钢拉伸变形时的应力低碳钢拉伸变形时的应力低碳钢拉伸变形时的应力低碳钢拉伸变形时的应力-应变曲线示意图应变曲线示意图应变曲线示意图应变曲线示意图a aa a-比
25、例极限；比例极限；比例极限；比例极限；b b b b-弹性极限；弹性极限；弹性极限；弹性极限；c c c c-屈服极限；屈服极限；屈服极限；屈服极限；e e e e-强度极强度极强度极强度极限限限限 第二十一页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十一页，编辑于星期六：十一点二十二分。21构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学2、塑性变形 岩岩石石在在断断裂裂前前塑塑性性变变形形应应变变达达558%8%为为中中等等韧韧性性，超超过过10%10%的的材材料料性性质质为为韧韧性性，而而脆脆性性材材料料在在弹弹性性变变形形阶阶段段后后，和和断断裂裂变变形形阶阶段段前前就就没没有有或或只只有有极
26、小的塑性变形极小的塑性变形35%35%。由由于于岩岩石石类类型型、围围压压条条件件、温温度度、应应变变速速率率和和施施加加应应力力类类型型的的不不同同，出出现现脆脆性性到到韧韧性性的的一一系系列列变变化化现现象象，在在压压缩缩和和拉拉伸伸条条件件下下，其其变变化化有有五五种种情情况。况。从完全脆性到完全韧性的性能变化系列示意图从完全脆性到完全韧性的性能变化系列示意图从完全脆性到完全韧性的性能变化系列示意图从完全脆性到完全韧性的性能变化系列示意图 第二十二页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十二页，编辑于星期六：十一点二十二分。22构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学塑性变形的显微机
27、制 从从显显微微机机制制上上来来看看，岩岩石石塑塑性性变变形形的的本本质质是是质质点点的的滑滑移移，塑塑性性变变形形时时，岩岩石石内内部部质质点点运动有两种方式：粒间滑动和粒内滑动。运动有两种方式：粒间滑动和粒内滑动。粒内滑动又可分为：粒内滑动又可分为：平移滑动平移滑动双晶滑动双晶滑动 遭遭受受塑塑性性变变形形的的岩岩石石，外外貌貌虽虽然然改改变变，但但内内部部的的结结合合力力根根本本未未被被破破坏坏，仍仍保保持持它它的的连连续续完完整整性性。组组成成地地壳壳的的岩岩石石具具有有弹弹塑塑性性，其其变形特征是形成褶皱构造的重要因素。变形特征是形成褶皱构造的重要因素。岩岩石石的的塑塑性性变变形形，
28、可可以以理理解解为为岩岩石石在在固固体体状态下的流动。状态下的流动。第二十三页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十三页，编辑于星期六：十一点二十二分。23构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学3、断裂变形 任任何何岩岩石石的的弹弹性性变变形形和和塑塑性性变变形形总总是是有有一一定定限限度度，当当应应力力到到达达或或超超过过岩岩石石的的强强度度极极限限时时，岩岩石石内内部部的的结结合合力力遭遭到到破破坏坏，就就会会产产生生破破裂裂面面，岩岩石石失失去去连连续续完完整整性性，这这时时就就发发生生断断裂裂变变形形，强强度度极极限限又又称称破破裂裂极限。极限。岩岩石石在在外外力力作作用用下下
29、抵抵抗抗破破坏坏的的能能力力称称为为强强度度。同同一一岩岩石石的的强强度度极极限限值值，在在不不同同性性质质的的应应力力作作用用下下，差差异异很很大大。在在常常温温常常压压下下，某某些些岩岩石石的的抗抗张张强强度度、抗抗剪剪强强度度和和抗抗压压强强度度见教材上表见教材上表31。注注意意：岩岩石石的的抗抗压压强强度度大大于于抗抗剪剪强度大于抗张强度强度大于抗张强度低碳钢拉伸变形时的应力低碳钢拉伸变形时的应力低碳钢拉伸变形时的应力低碳钢拉伸变形时的应力-应变曲线示意图应变曲线示意图应变曲线示意图应变曲线示意图a-a-a-a-比例极限；比例极限；比例极限；比例极限；b-b-b-b-弹性极限；弹性极限
30、；弹性极限；弹性极限；c-c-c-c-屈服极限；屈服极限；屈服极限；屈服极限；e-e-e-e-强度强度强度强度极限极限极限极限 第二十四页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十四页，编辑于星期六：十一点二十二分。24构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学 岩石在外力的作用下抵抗破坏的能力称为强度岩石在外力的作用下抵抗破坏的能力称为强度岩石在外力的作用下抵抗破坏的能力称为强度岩石在外力的作用下抵抗破坏的能力称为强度,同一岩石的同一岩石的同一岩石的同一岩石的强度强度强度强度,在不同性质的应力作用下在不同性质的应力作用下在不同性质的应力作用下在不同性质的应力作用下,差异较大。差异较大。差异较
31、大。差异较大。常温常压下一些岩石的强度极限常温常压下一些岩石的强度极限常温常压下一些岩石的强度极限常温常压下一些岩石的强度极限 岩石岩石抗压强度抗压强度(MPa)抗张强度抗张强度(MPa)抗剪强度抗剪强度(MPa)花岗岩花岗岩148 (37379)351530大理岩大理岩102 (31262)391030石灰岩石灰岩96 (6360)361220砂岩砂岩74 (11252)13515玄武岩玄武岩275 (200350)10页岩页岩20802岩石的岩石的抗压强度抗压强度抗剪强度抗剪强度抗张强度抗张强度3 3、断裂变形、断裂变形 第二十五页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十五页，编辑于星期六
32、：十一点二十二分。25构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学张裂和剪裂岩岩石石的的断断裂裂变变形形有有两两种种方方式式：张张裂裂和和剪剪裂裂张张裂裂是是在在外外力力作作用用下下，当当张张应应力力到到达达或或超超过过岩岩石石的的抗抗张张强强度度时时，在在垂垂直直于于主主张张应应力力轴轴或或平平行行于于主主压压应应力力轴轴方方向向上上产产生生的断裂。的断裂。剪剪裂裂是是岩岩石石在在剪剪应应力力作作用用下下发发生生剪剪切切破破坏时所产生的断裂。坏时所产生的断裂。岩岩石石性性质质不不同同，破破裂裂方方式式也也不不同同，在在韧韧性性材材料料中中，当当张张应应力力到到达达D D点点时时，开开始始出出
33、现现细细颈颈化化现现象象。此此时时外外力力不不增增加加，变变形形仍仍就就继继续续开开展展，达达E E点点时时，出出来来在在细颈处断裂，断口呈不平坦形态。细颈处断裂，断口呈不平坦形态。脆脆性性材材料料在在拉拉伸伸状状态态下下的的破破裂裂方方式式，没有细颈化现象，多直接表现为张裂。没有细颈化现象，多直接表现为张裂。第二十六页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十六页，编辑于星期六：十一点二十二分。26构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.2.3 剪裂角分析自学 共轭剪裂角、剪裂角的定义：当当岩岩石石剪剪切切破破裂裂时时，包包含含最最大大主主应应力力轴轴在在内内的的两两个个共共轭轭剪剪切
34、切破破裂裂面面之之间间的的夹夹角角称称为为共共轭轭剪剪切切破破裂裂角角。最最大大主主应应力力轴轴方方向向与与剪剪切切破破裂裂面面之之间间的的夹夹角角称称为剪裂角。为剪裂角。剪切破裂时的莫尔圆图解剪切破裂时的莫尔圆图解剪切破裂时的莫尔圆图解剪切破裂时的莫尔圆图解 第二十七页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十七页，编辑于星期六：十一点二十二分。27构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.2.4 应变椭球体应变椭球体定义 当物体发生均匀变形时，内部质点的相对位置将发生变化。设想物体变形前其内部某一质点为一个小圆球体，变形后这个圆球体就变成一个椭球体。应变程度是根据椭球体的形状和大小与原
35、始圆球体的形状和大小的比值确定的。反之，如果变形前是椭球，变形后这个椭球变成园球，那么该椭球叫逆应变椭球体。第二十八页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二十八页，编辑于星期六：十一点二十二分。28构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学 4.2.5 递进变形1、递进变形的定义 在变形过程中，如果应变状态发生连续变化，这种变形称为递进变形 2、增量应变和有限应变 递进变形包含两局部应变：即增量应变和有限应变，增量应变又称瞬时应变，有限应变代表迄至在变形历史的某一瞬间已经发生的应变总和。有时又称总应变或全量应变 3、共轴递进变形和非共轴递进变形第二十九页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第二
36、十九页，编辑于星期六：十一点二十二分。29构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.3 影响岩石力学性质与岩石变形的因素岩岩石石变变形形特特征征不不仅仅与与受受力力大大小小、方方向向、性性质质有有关关，而而且且与与岩岩石石本本身身力力学学性性质质有有关关。而而岩岩石石力力学学性性质质决决定定于于其其成成分分、结结构构、构构造造等等内内在在因因素素。但但是是由由于于岩岩石石所所处处的的地地质质环环境境的的外外界界因因素素，如如围围压压、温温度度、溶溶液液、孔孔隙隙压压力力、时时间间等等，也也会会影影响响岩岩石石的的力力学学性性质质，从从而而影响岩石的变形特征。影响岩石的变形特征。围压为围压
37、为围压为围压为100MPa100MPa100MPa100MPa时，磁黄铁矿在不同时，磁黄铁矿在不同时，磁黄铁矿在不同时，磁黄铁矿在不同温度下的应力温度下的应力温度下的应力温度下的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线 第三十页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十页，编辑于星期六：十一点二十二分。30构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.3.1 围压静岩压力 岩岩石石处处于于地地下下深深处处，承承受受着着周周围围岩岩体体对对它它施施加加的的围围压压作作用用，岩岩石石所所处处深深度度越越大大，围围压压越越大大，效效应应是是一一边边增增强强岩岩石石的的韧韧性性，另另一一边边提提高高了了
38、岩岩石石的的强强度极限。度极限。强强度度极极限限是是随随围围压压增增加加而增加。而增加。在不同围压下对白云岩进行在不同围压下对白云岩进行在不同围压下对白云岩进行在不同围压下对白云岩进行压缩实验的应力压缩实验的应力压缩实验的应力压缩实验的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线 第三十一页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十一页，编辑于星期六：十一点二十二分。31构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.3.2 温 度 许许多多岩岩石石在在常常温温下下是是脆脆性性的的，随随着着温温度度的的升升高高，岩岩石石的的强强度度会会降降低低，弹弹性性减减弱弱，韧韧性性增增加加，容容易易变变形形。增
39、增加加温温度度，质质点点的的热热动动力力增增强强，从从而而减减弱弱它它们们之之间间的的联联系系能能力力，使使物物质质质质点点更更容容易位移。易位移。温度和溶液对大理岩变形的影响温度和溶液对大理岩变形的影响温度和溶液对大理岩变形的影响温度和溶液对大理岩变形的影响 第三十二页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十二页，编辑于星期六：十一点二十二分。32构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.3.3 溶 液 在在枯枯燥燥和和潮潮湿湿状状态态下下，岩岩石石的的力力学学性性质质是是大大不不相相同同的的，当当岩岩石石中中有有溶溶液液或或水水蒸蒸气气时时，一一方方面面降降低低了了岩岩石石的的弹弹性
40、性极极限限，增增加加岩岩石石的的塑塑性性，使使岩岩石石软软化化，容容易易变变形形；另另一一方方面面，在在应应力力作作用用下下，溶溶液液有有利利于于重重结结晶晶作作用用，或或促促使使矿矿物物溶溶解解与与新新矿矿物物的的形成，从而岩石容易发生塑性变形。形成，从而岩石容易发生塑性变形。岩石名称岩石名称干燥状干燥状态态（MPa）潮湿状潮湿状态态（MPa）强强度降低度降低率（率（%）花花岗岗岩岩193-213162-17016-20闪长闪长岩岩12310821.8煌斑岩煌斑岩18314312石灰岩石灰岩150118.521砾砾岩岩85.654.836砂岩砂岩87.153.139页页岩岩52.220.46
41、0几种岩石在干、湿条件下的抗压强度几种岩石在干、湿条件下的抗压强度几种岩石在干、湿条件下的抗压强度几种岩石在干、湿条件下的抗压强度 第三十三页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十三页，编辑于星期六：十一点二十二分。33构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.3.4 孔隙压力岩岩石石孔孔隙隙内内流流体体的的压压力力称称为为孔孔隙隙压压力力。岩岩层层中中孔孔隙隙压压力力增增大大，就就会会使使岩岩石石屈屈服服强强度度降降低低，从从而而易易于于变变形形。这这种种现现象象称称为为应应变变软软化。化。孔孔隙隙压压力力也也可可促促进进岩岩石石的的破破裂裂，从从而而可可以以较较好好地地解解释释为为
42、什什么么许许多多庞庞大大的的推推复复体体能能够够从从很很远远的的地地方方推推过过来。来。印印印印第第第第安安安安纳纳纳纳灰灰灰灰岩岩岩岩在在在在010000bf/in010000bf/in010000bf/in010000bf/in2 2 2 2围围围围压压压压下下下下的的的的压压压压缩缩缩缩变形中，孔隙压力对应力变形中，孔隙压力对应力变形中，孔隙压力对应力变形中，孔隙压力对应力-应变曲线的影响应变曲线的影响应变曲线的影响应变曲线的影响 第三十四页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十四页，编辑于星期六：十一点二十二分。34构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学4.3.5 时 间快快速
43、速施施力力和和缓缓慢慢施施力力：前前者者加加快快岩岩石石变变形形速速度度，使使岩岩石石表表现现为为脆脆性性；后后者者能能够够使使脆脆性性物物质质发发生生塑塑性性变变形形。重重复复受受力力可可以以用用很很小小的的作作用用力力就就能能使使岩岩石石发生破坏。发生破坏。在不同的施力和应变速度条件下砂岩在不同的施力和应变速度条件下砂岩在不同的施力和应变速度条件下砂岩在不同的施力和应变速度条件下砂岩的应力的应力的应力的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线 第三十五页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十五页，编辑于星期六：十一点二十二分。35构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学蠕变蠕变：是是指指在在应应力力不不增增加加的的情情况况下下，随随着着时时间间的的增增长长变变形形继继续续缓缓慢慢增增加加的现象。的现象。石灰岩压缩实验的蠕变曲线石灰岩压缩实验的蠕变曲线石灰岩压缩实验的蠕变曲线石灰岩压缩实验的蠕变曲线 第三十六页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十六页，编辑于星期六：十一点二十二分。36构造地质学与大地构造学构造地质学与大地构造学松驰松驰：是是指指当当保保持持应应变变不不变变时时，随随时时间间的的增增长长应应力力逐逐渐渐减减小的现象。小的现象。第三十七页，编辑于星期五：十七点 四十八分。第三十七页，编辑于星期六：十一点二十二分。37