地质力学简

第一节
概述
• 如欧亚两洲交界的乌拉尔山是一条南北走向的强烈褶皱山脉,它象一条 南北蜿蜒的长蛇,突起于东西两面的大平原之间,显得奇特异常。实际 上,在它的南面还有一套相当复杂的、向南凸出的弧形构造带。它们之 间虽然相隔很远,走向也不相同,但却是在晚古生代这一时期所形成的。 因此,它们之间并不是各自孤立的,而是依一定规律存有内在联系的一 个整体。形如"山" 字,是一个巨大的"山字形构造体系"。南北向的乌拉 尔是"山"的"脊柱",弧形山脉 则是"山"的"前弧",所谓俄罗斯地台和西伯 利亚地台,也不是孤立的地块，而是 "山"字型这个体系中的"马蹄形盾 地"。这是认识山字型构造的开端,也是认识构造体系的萌芽。在我国 江苏南部的宁镇山脉以及广西、准阳等地,先后发现许多不同类型的构 造体系,结合地块岩石力学性质和模拟实验研究,推导了与每一类型构 造体系有关地区的构造运动方式和方向。为地壳运动起源于地球自转 速率的变化提供了证据。因此,在四十年代初期,正式提出了"地质力学" 这一名称。这一时期的研究,初步发现某些构造体系对矿产分布的控制 作用。 • 解放以后,地质力学方法,逐步地应用于地质工作的各个方面。地质力 学的理论,在 地质工作实践中正在发挥着显著的效用。
第二节 岩石变形的力学分析
图 8 一 1 圆柱物体受引张力时变形图 a 一表示塑性物质受张力作用后，破裂面与张力方向成近 45°角， b 一表示脆性物质受张力作用后，破裂面与张力方向成 90°角
• 2.挤压 在同一直线上,作用方向相向的两个力叫做挤压力〈压力〉。 岩石承受挤压力的能力比受任何别的作用力都要大。 • 物体受到挤压力作用肘,首先产生沿挤压方向上的体积减小,并在垂直 挤压方向上伸长,这种伸长达到一定限度时,就要产生永久变形。如果 是塑性物质,就要产生物质的塑性变形(图8-2a),往往看不到破裂的痕迹。 如果是脆性的物质,常依两组斜交方向〈图 8-2b)发生破裂。
第一节
概述
• 地质力学是我国卓越的科学家李四光同志首先提 出并倡导研究创立的一门科学。它是在广泛地质 工作实践的基础上,应用力学的观点,研究地壳运动 的规律,把各种构造形迹,看做是地质应力活动的结 果。建立了"构造体系"这一地质力学的基本概念。 这种从构造形迹出发,追索力的作用,从力的作用方 式,追索地壳运动方式,进而探索地壳的起源问题。 这样就打破了过去就现象解释现象的传统做法,把 构造地质学从单纯的形态描述推进到一个新的阶 段,为解决地壳运动这个重大课题开辟了一条新的 途径。因此说地质力学就是运用力学观点,研究地 壳构造与地壳运动规律的一门科学。
第二ຫໍສະໝຸດ Baidu 岩石变形的力学分析
• 一、应力与应变 • 1、内力：物体受外力作用时,在其内部同时产生一个与外 力相对抗来保持平衡的力称为内力。 • 2、应力：单位面积上的内力称为应力。 • 3、形变(变形)：是指物体受外力作用后发生形状或体积的 改变。 • 4、地应力：就是地壳中的应力。 • 作用于物体的外力(如压力或拉力〉不断增加,其应力同时 相应的改变,譬如压扁或拉长。当应力增大到超过一定限 度,物体就会发生破裂,如被折断或拉断。这个限度的大小, 决定于物体本身的性质和它当时所处的环境。地应力对岩 石的作用也是如此,地壳各处发生的形变,包括破裂在内,都 是地应力作用的反应。
第一节
概述
• 二、地质力学发展概况 • 著名地质学家李四光同志在二十年代初期研究我 国东部石炭、二迭纪地层的时候,发现这一时期的 北方地层以陆相为主,而南方则有广泛的海相地层 分布。进一步研究发现北半球古生代以来,当北方 海浸时,南方海退,北方海退则南方海浸的现象。海 浸海退的南北差异,反映海水运动与地壳运动之间 存在密切的关系,可能与地球自转速率变化相关, 因此提出了"大陆车阀"假说,对大陆运动的方向性 有所认识。 • 随后,又从研究个别地质现象入手,逐步建立构造体 系的概念。
第二节 岩石变形的力学分析
• 二、影响岩右力学性质的因素 • 1、岩石本身的性质：如成分和结构 • 2、影响变形过程的许多外界因素。这些因素有:变形方式、 时间、温度、溶液及各方面的挤压或拉伸等。 • 三、变形方式〈类型) • 岩石的变形方式有：拉伸、压缩、剪截、弯曲和扭转等 • 1、.拉伸 拉力,又叫张力,在一直线上作用方向相反的一对 力称为张力。岩石受这种力比受其它力容易破坏。如象花 岗岩平均每平方厘米可以承受I800公斤的压力,但是受张力 超过每平方厘米60公斤时就要破裂。 • 如果拉伸较脆性的物质,会得出不同的结果(图8-1),脆性物 质要发生和张力方向垂直的破裂面,而塑性物质受拉力肘, 就要形成和张力作用方向大致成45°角(角度的大小,决定 作用时间长短、物质力学性质等许多原因〉的两组斜交破 裂面。
第一节
概述
• 一、地质力学的工作方法 • 地壳是在漫长的地质年代中形成和发展的,它经历了长期的和复杂的运 动过程。对它的发展和演变过程,无法进行观察和实验。只能根据过去 地壳运动所遗留下来的各种构造形迹特点及其分布和排列规律来推测 当时地壳运动作用的方式与方向。因此,地质力学的研究,通常按下面 几个步骤来进行: • 1.鉴定构造形迹的力学性质; 2.辨别构造形迹的序次和等级; • 3.确定构造体系; 4.划分构造体系类型; • 5.分析构造体系的复合关系; 6.研究岩石的力学性质; • 7.进行模拟实验和构造应力场的分析。 • 其中,前五条是野外构造地质调查的主要内容,是地质力学研究的工作 基础,后两条是对构造体系内部和本质的深入认识。根据不同类型构造 体系的研究,就可以分析地壳各部分地应力的活动方式,从而推测地壳 运动的方式和方向,进一步探索引起地壳运动的动力来源。
第二节 岩石变形的力学分析
• 5、弹性形变：在地应力作用下,岩石发生形变,应力解除后, 形变马上消失,恢复原状,这种形变 叫做弹性形变。 • 6、脆性形变：应力解除后,不能恢复原状的,称为塑性形变。 • 7、脆性形变：在应力作用下,很快就破裂的,称为脆性形变。 • 8、容变：在地应力的作用下,岩石的形状不变,只发生体积 变化的情况,这种现象称为容变。 • 9、相变：如果岩石的体积、形状以及性质都发生了变化, 这时称为相变。 • 10、应变：岩石的这些形变、容变、相变总称为应变。