04-05应力-应变基础及岩石力学性质

（1）力和应力（Force and Stress） ① 力（Force）

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Ⅰ 外力和内力（External force and internal force）
★ 外力：外界作用于某一物体之上的力。
☆ 面力（Surface force）：通过某一界面的作用力，属于 接触力 （Contact force）； ☆ 体力（Body force）：作用于物体内所有质点的力，属 于非接触力（Non-contact force）。
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（据许才军，2002）
（2）应力场（Stress field）
应力场图示方法（Diagram of stress field）：
主应力迹线图（principal stress trajectory diagram）：表示应力 主方向在场内的变化规律。主应力 迹线上任一点的切线方向，代表该 点的一个主应力方向。
★ 内力：物体内部质点间的作用力。
☆ 固有内力（Natural internal force）：没有外力作用 时物体内质点间的相互作用力，它保持物体的形状和状态； ☆ 附加内力（Extraneous internal force）：由外力作用 引起的内部各部分之间的相互作用力，通常称内力。
（1）力和应力（Force and Stress） ① 力（Force）
（1）力和应力（Force and Stress）
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② 应力（Stress） 正应力和剪应力（Normal stress and shear stress）
截面n上点m处的应力分解后，垂 直于截面n的分量称过m点n截面 上的正应力，用表示 ，相切于 截面n的分量称过m点n截面上的 剪应力，用 表示。
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常用的单位还有兆 帕（Mpa）、巴 （Bar）、大气压 （atm）等。
帕斯卡 = 牛顿 / 平方米 1 pascal = 1 newton per square meter
Tips：表示物体性质 的量有三类：标量 （Scalar）、矢量 （Vector）和张量 （Tensor）
应力是一个张量，不仅有大 小和方向，而且与所选的坐 标系相关，是某点或面上所 有方向的应力的集合。
=N/A=F/A
（1）力和应力（Force and Stress） ② 应力（Stress）
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不均匀内力（Non-uniform Internal Forces ）
n
界面n上m点处的应力为
（1）力和应力（Force and Stress） ② 应力（Stress） 应力的单位（Units of Stress） 应力=力/面积 Stress = Force / Area
应力扰动（Stress disturbance）
不考虑体力作用， 在均匀的面力作用 下，由于岩块或地 块内部的局部不均 匀性和不连续性等 造成应力场的局部 变化称应力扰动。
圆孔附近 断裂尖端
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★ 构造地震——岩石脆性断裂 ★ 地震预报的基本任务之一是确 定地壳中应力集中的区域 ★ 微裂隙处、断层端点、拐点、 交叉点较容易造成应力集中
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Ⅰ 外力和内力（External force and internal force）
不均匀力 Non-uniform forces
均匀力 Uniform forces
研究对象和范围不同，内力和 外力之间可以相互转化
（1）力和应力（Force and Stress） ② 应力（Stress）
假想面（Imaginary plane） A
位移矢量
3 应变分析基础
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① 位移和变形（Displacement and deformation）
★ 非刚性体变形（Non-rigid body deformation）
☆ 形变（Distortion）：形状的 变化（Difference in shape）;
（1）力和应力（Force and Stress） ① 力（Force）
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力是一个矢量，有大小、 方向。可以用箭头来表示， 力的大小用箭头的长度表 示，力的方向用箭头的方 向表示。 Force is a vector quantity, and thus possesses both magnitude and direction; it can be represented by an arrow whose length specifies the magnitude and whose orientation specifies the orientation of the force.
★ X射线法（X-ray method）
★ 矿物光性法（Optical property of minerals）
（focal mechanism solution）
（2）应力场（Stress field）
应力场研究方法： 模拟技术（Simulation technique）
数学模拟法（matematical simulation）：有限元法（finite element method）（Common software： Ansys and Matlab ） 物理模拟法（physical modeling）：光 弹性法（Photoelasticity）
Structural Geology
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2 应力分析基础
2 Fundamental of stress analysis
2 应力分析基础
2
构造地质学所研究的地质构造是组成地 壳或岩石圈的岩层和岩体，在其自身重力作 用配合下，由地壳运动所引起的应力作用发 生的永久变形的结果。在力的作用下，岩石 内部质点发生位移而引起变形。因此，有必 要对地质构造有关的力学概念进行分析，为 探讨各种地质构造的基本形态、组合型式、 分布规律的力学成因机制奠定基础。
Stress acting at a point m on a plane n is a vector, it can be resolved into two components and , is normal to the plane, called normal stress, is tangential to the plane, called shear stress.
Structural Geology
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3 应变分析基础
3 Fundamental of strain analysis
3 应变分析基础
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① 位移和变形（Displacement and deformation）
位移指质点从一点到另一点的变化。
In physical, displacement is the difference between the initial position and the final position of an object. 当地壳中岩石体受到应力作用后，其内部各质点经 受了一系列的位移，从而使岩石体的初始形状、方 位或位置发生了改变，这种改变称为变形。 Deformation is the process by which the particles in the rock rearrange themselves from some initial position to the final position that we see today.
3 应变分析基础
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① 位移和变形（Displacement and deformation）
★ 刚性体变形（Rigid body deformation）:物体原始形状和大小不 变（The original size and shape of a body are preserved）。 ☆ 平移（Translation）：位置的变化， 物体不发生转动和变形（Difference in position, and the movement of a body without rotation or distortion）； ☆ 转动（Rotation）：方位的变化， 物体绕一个轴旋转（Difference in orientation, and Rigid body spin about one or more axes）;
（1）力和应力（Force and Stress） ② 应力（Stress）
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正应力和剪应力（Normal stress and shear stress）
断层面（A）和 挠褶滑动褶皱层 面（B）上的正 应力和剪应力 Normal and shear stresses at a fault plane (A) and a bedding plane during flexural slip folding (B)
★ 节理统计方法（Statistics of joints）
★ 位错密度（Dislocation density） ★ 亚颗粒粒径（Sub-grain diameter）
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现今应力场
★ 应力解除法 （stress relaxation method） ★ 水压致裂法 （hydraulic fracturing） ★ 震源机制解法
（1）力和应力（Force and Stress） ② 应力（Stress）
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正应力和剪应力（Normal stress and shear stress）
压应力为正
逆时针的剪应力为正
张应力为负
顺时针的剪应力为负
（2）应力场（Stress field）
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受力物体内的每一点都存在与之对应的应力状态。物体内各 点的应力状态在物体占据的空间内组成的总体称为应力场。 To every point in any rock body there corresponds a state of stress, and this spatial array of states of stress at an instant is called a stress field. 构造应力场：由构造作用引起的应力场；