岩石变形行为
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这三组岩石力学性质分别表征了岩石的弹性变形、塑性变形及 破裂变形等方面的特征。
一、岩石的变形阶段
大理岩在挤压应力作用下的变形实验结果
脆性和韧性岩石的变形一般都经历弹性变形、 塑性变形和破裂变形三个阶段。
由于受到岩石自身的力学性质、边界条件、物 理化学条件、外力的性质等因素的影响，不同岩石 的这三个阶段各不相同。
3．格里菲斯剪切破裂准则
岩石中随机分布的 大量微裂隙对岩石的 6T0 破裂强度有显著影响， 这些微裂隙可以近似 2T0 地看作扁平的椭圆形 -T0 0 裂隙。
麦克林托与华西 （1962）又作了修正。
45 60
4T0
修正的格里菲 斯莫尔包络线 格里菲斯 莫尔包络线
8T0
平面格里菲斯莫尔包络线
五、应变测量
岩石断裂方式有两种：张裂与剪 裂。
张裂：是在外力作用下，当张应力 达到或超过岩石抗张强度时，在垂直 于主张应力轴或平行于主压力轴方向 上产生的断裂。
剪裂：是岩石在剪应力作用下发生 剪切破坏时所产生的断裂。
二、影响岩石力学性质的外界因素
1．围压－影响岩石的极限强度和韧性 使固体物质的质点彼此接近，增强了质点的内聚力，
从而使晶格不易破坏，因而不易破裂。 围压与深度和构造环境有关。
2．温度－影响岩石的韧性和屈服极限 温度升高时岩石质点的热运动增强，减弱了它们之间
的联系能力，使物质质点更容易位移。 温度与深度和构造环境有关。
3．孔隙流体－影响岩石的强度和质点迁移能力 封闭的孔隙流体可能导致异常压力，对断层的形成有
重要意义。
岩石中各种地质构造主要是岩石蠕变的产物。
三、岩石变形的微观机制
1．脆性变形机制－微破裂作用 岩石中固有的微裂隙引起应力集中，从而导致
脆性破裂。 2．塑性变形机制－晶内滑动和位错滑动、位错蠕 变（多边形化作用、动态重结晶作用和核幔构造）、 扩散蠕变、溶解蠕变（压溶作用）、颗粒边界滑动
岩石中矿物晶体特性和缺陷对塑性变形过程具 有重要意义。
水平直线型莫尔包络线
2．斜线型莫尔包络线理论
岩石抵抗剪切破 裂的能力不仅与作 用在截面上的剪应 力有关，还与该截 面上的正应力有关。
0
为此引入内摩擦
角（）的概念，岩 石沿着与最大主应 力轴分别呈45º－/2 和135 º－/2夹角的 两个截面破裂。
库伦剪切破裂
拉破
裂线 D
莫尔包络线
O2 C
1
B
E
剪切破裂时的斜线型莫尔包络线理论
四、岩石的破裂准则
破裂准则是用来解释岩石破裂时临界应力状态的理论。
1．库伦破裂准则－水平直线型莫尔包络线理论
当一点应力状态与应力莫尔圆
与莫尔包络线相切时，岩石在 该点处开始破裂。
0
岩石首先沿着与最大主应力轴 呈45º和135º的截面破裂，两组
2 2 2
破裂面应相互垂直。
对于塑性材料或高围压情况比
较合适。
塑性是岩石受外力作用超过弹性限度，在应力解除后，产生不 失去内聚力的永久变形的性质。
（二）、脆性与韧性 脆性是岩石受力容易发生破裂的性质。 韧性是岩石受力不容易发生破裂的性质。 脆性与韧性互为消长。
（三）、刚性与粘性 刚性是岩石不易变形弯曲的性质，物体的刚度（C）为C＝AE，
其中A为横截面积，E为杨氏模量。 粘性是岩石容易流动变形的性质。粘性与刚性是相反的。
砾石、砂粒、气孔、鲕粒、 放射虫、还原斑等
应变标志体
已知原始形状的 其它标志物
原始形状规则的标志物： 变形化石和变形晶体等
与变形有关的小型构造标志物： 压力影、生长矿物纤维、石香肠
构造、线理、面理、节理等
思考题
• 岩石变形一般经历哪几个阶段？ • 影响岩石变形特征的外部因素主要有
哪些？它们如何影响岩石的变形？ • 岩石的微观破裂机制有哪些？
4．时间
（1）时间对应变速率的影响 长时间受力时质点有充足的时间固定下来，易于产生
永久变形; 快速受力时质点来不及重新排列就破裂了，表 现出脆性特征。 （2）蠕变与松弛－长时间地缓慢变形会降低弹性极限
在应力不增加的情况下，应变随着时间的增长缓慢增 加的现象就是蠕变，反映了岩石的流动性。
在应变恒定的情况下，所需应力可以随时间增长不断 减小的现象就是松弛。
确定岩石内的有限应变状态及其分布规律的一个方法， 就是测量和统计变形岩石内已知原始形状的标志物在变形 后的形态变化，然后加以对比分析。
根据变形标志物中已知长度或相对长度比的线性标志 物发生的长度变化，可以计算伸缩线应变。
根据两条直线之间原始角度的变化可以计算角剪应变
wenku.baidu.com
和剪应变。
原始为圆球或 椭球的标志体
本节主要内容
• 岩石变形的应力-应变曲线 • 影响岩石力学性质的外界因素 • 岩石的微观破裂机制 • 格里菲斯剪切破裂准则的主要内容
岩石的力学性质
岩石的变形与岩石的力学性质密切相关。 （一）、弹性与塑性
弹性是岩石受力发生的暂时变形，在力卸载之后仍能回复原形 的一种性质。弹性变形是一种非永久变形，构造变形中很难直接观 察到。
岩石变形的应力－应变曲线
（1）弹性变形
（2）塑性变形
（3）破裂变形
根据材料在破裂 前塑性变形的应变量 可以把材料分为脆性 材料（<5%）、韧性 材料（>10%)、韧－ 脆性材料（5~ 7.5%） 和脆－韧性材料 （7.5~10%)。
弹性变形区
y'
塑性变形区 P
破裂
y
e1 e2
e
岩石变形的一般化应力－应变曲线
一、岩石的变形阶段
大理岩在挤压应力作用下的变形实验结果
脆性和韧性岩石的变形一般都经历弹性变形、 塑性变形和破裂变形三个阶段。
由于受到岩石自身的力学性质、边界条件、物 理化学条件、外力的性质等因素的影响，不同岩石 的这三个阶段各不相同。
3．格里菲斯剪切破裂准则
岩石中随机分布的 大量微裂隙对岩石的 6T0 破裂强度有显著影响， 这些微裂隙可以近似 2T0 地看作扁平的椭圆形 -T0 0 裂隙。
麦克林托与华西 （1962）又作了修正。
45 60
4T0
修正的格里菲 斯莫尔包络线 格里菲斯 莫尔包络线
8T0
平面格里菲斯莫尔包络线
五、应变测量
岩石断裂方式有两种：张裂与剪 裂。
张裂：是在外力作用下，当张应力 达到或超过岩石抗张强度时，在垂直 于主张应力轴或平行于主压力轴方向 上产生的断裂。
剪裂：是岩石在剪应力作用下发生 剪切破坏时所产生的断裂。
二、影响岩石力学性质的外界因素
1．围压－影响岩石的极限强度和韧性 使固体物质的质点彼此接近，增强了质点的内聚力，
从而使晶格不易破坏，因而不易破裂。 围压与深度和构造环境有关。
2．温度－影响岩石的韧性和屈服极限 温度升高时岩石质点的热运动增强，减弱了它们之间
的联系能力，使物质质点更容易位移。 温度与深度和构造环境有关。
3．孔隙流体－影响岩石的强度和质点迁移能力 封闭的孔隙流体可能导致异常压力，对断层的形成有
重要意义。
岩石中各种地质构造主要是岩石蠕变的产物。
三、岩石变形的微观机制
1．脆性变形机制－微破裂作用 岩石中固有的微裂隙引起应力集中，从而导致
脆性破裂。 2．塑性变形机制－晶内滑动和位错滑动、位错蠕 变（多边形化作用、动态重结晶作用和核幔构造）、 扩散蠕变、溶解蠕变（压溶作用）、颗粒边界滑动
岩石中矿物晶体特性和缺陷对塑性变形过程具 有重要意义。
水平直线型莫尔包络线
2．斜线型莫尔包络线理论
岩石抵抗剪切破 裂的能力不仅与作 用在截面上的剪应 力有关，还与该截 面上的正应力有关。
0
为此引入内摩擦
角（）的概念，岩 石沿着与最大主应 力轴分别呈45º－/2 和135 º－/2夹角的 两个截面破裂。
库伦剪切破裂
拉破
裂线 D
莫尔包络线
O2 C
1
B
E
剪切破裂时的斜线型莫尔包络线理论
四、岩石的破裂准则
破裂准则是用来解释岩石破裂时临界应力状态的理论。
1．库伦破裂准则－水平直线型莫尔包络线理论
当一点应力状态与应力莫尔圆
与莫尔包络线相切时，岩石在 该点处开始破裂。
0
岩石首先沿着与最大主应力轴 呈45º和135º的截面破裂，两组
2 2 2
破裂面应相互垂直。
对于塑性材料或高围压情况比
较合适。
塑性是岩石受外力作用超过弹性限度，在应力解除后，产生不 失去内聚力的永久变形的性质。
（二）、脆性与韧性 脆性是岩石受力容易发生破裂的性质。 韧性是岩石受力不容易发生破裂的性质。 脆性与韧性互为消长。
（三）、刚性与粘性 刚性是岩石不易变形弯曲的性质，物体的刚度（C）为C＝AE，
其中A为横截面积，E为杨氏模量。 粘性是岩石容易流动变形的性质。粘性与刚性是相反的。
砾石、砂粒、气孔、鲕粒、 放射虫、还原斑等
应变标志体
已知原始形状的 其它标志物
原始形状规则的标志物： 变形化石和变形晶体等
与变形有关的小型构造标志物： 压力影、生长矿物纤维、石香肠
构造、线理、面理、节理等
思考题
• 岩石变形一般经历哪几个阶段？ • 影响岩石变形特征的外部因素主要有
哪些？它们如何影响岩石的变形？ • 岩石的微观破裂机制有哪些？
4．时间
（1）时间对应变速率的影响 长时间受力时质点有充足的时间固定下来，易于产生
永久变形; 快速受力时质点来不及重新排列就破裂了，表 现出脆性特征。 （2）蠕变与松弛－长时间地缓慢变形会降低弹性极限
在应力不增加的情况下，应变随着时间的增长缓慢增 加的现象就是蠕变，反映了岩石的流动性。
在应变恒定的情况下，所需应力可以随时间增长不断 减小的现象就是松弛。
确定岩石内的有限应变状态及其分布规律的一个方法， 就是测量和统计变形岩石内已知原始形状的标志物在变形 后的形态变化，然后加以对比分析。
根据变形标志物中已知长度或相对长度比的线性标志 物发生的长度变化，可以计算伸缩线应变。
根据两条直线之间原始角度的变化可以计算角剪应变
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和剪应变。
原始为圆球或 椭球的标志体
本节主要内容
• 岩石变形的应力-应变曲线 • 影响岩石力学性质的外界因素 • 岩石的微观破裂机制 • 格里菲斯剪切破裂准则的主要内容
岩石的力学性质
岩石的变形与岩石的力学性质密切相关。 （一）、弹性与塑性
弹性是岩石受力发生的暂时变形，在力卸载之后仍能回复原形 的一种性质。弹性变形是一种非永久变形，构造变形中很难直接观 察到。
岩石变形的应力－应变曲线
（1）弹性变形
（2）塑性变形
（3）破裂变形
根据材料在破裂 前塑性变形的应变量 可以把材料分为脆性 材料（<5%）、韧性 材料（>10%)、韧－ 脆性材料（5~ 7.5%） 和脆－韧性材料 （7.5~10%)。
弹性变形区
y'
塑性变形区 P
破裂
y
e1 e2
e
岩石变形的一般化应力－应变曲线