第三节 岩石变形行为

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《岩石的变形》课件

《岩石的变形》课件

岩石变形的实验研究方法
室内模拟实验
实验目的:模拟岩石在自然环境中 的变形过程
实验步骤:加载、测量、记录、分 析等
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实验设备:岩石样品、加载设备、 测量仪器等
实验结果:岩石变形规律、变形机 理等
室外现场观测
观测地点:选择具有代表性的岩石 变形区域
观测频率:根据岩石变形速度确定 观测频率
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观测设备:使用GPS、倾斜仪、应 变仪等设备进行观测
数据处理:对观测数据进行处理和 分析,得出岩石变形规律和趋势
数值模拟方法
数值模拟:通过计算机模拟岩石变形的过程
优点:可以模拟复杂的岩石变形过程,不受实验条件的限制 缺点:需要大量的计算资源和时间,结果可能受到模型假设和参数设置的 影响 应用:在岩石力学、地球物理、工程地质等领域有广泛的应用
岩石变形
汇报人:
单击输入目录标题 岩石变形的概念 岩石变形的机理 岩石变形的表现形式 岩石变形的地质意义 岩石变形的实验研究方法
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岩石变形的概念
岩石变形的定义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩石变形可以分为弹性变形、 塑性变形和脆性变形三种类 型。
岩石变形是指岩石在外力作 用下产生的形状、体积和内 部结构的变化。
脆性变形:岩石 在外力作用下发 生断裂,形成裂 隙或断层
蠕变变形:岩石 在外力作用下发 生缓慢、持续的 形变,如地壳运 动、岩浆侵入等
岩石变形的影响因素
应力:岩石受到的力,包括压应力、拉应力、剪应力等 温度:岩石的温度会影响其变形能力 湿度:岩石的湿度会影响其变形能力 岩石的性质:包括岩石的矿物成分、结构、孔隙率等

6.岩石的变形行为(高构)

6.岩石的变形行为(高构)

灰岩和含铁灰岩中的变形鲕
周口店鲕状灰岩中的鲕
2 劈理的折射 劈理平行于XY面,在变形岩层中劈理的 方向的变化反映岩石的能干性。 劈理的发育强度与X/Z成正比。劈理的密 度:条/cm

劈理平行砾石的压扁面
大理岩的轴面劈理
劈理折射
大连金石滩灰岩与页岩互层中的劈理折射
砂泥质岩石中的劈理折射
The dike cuts the ca. 2.42 Ga Creighton granite and has been deformed by a post-impact deformation event that turned the North striking dikes into shear zones. The narrow deformed breccia dike contains a strong cleavage and strained quartz veins showing a sinistral sense of movement. This sinistral movement is associated with NW–SE compression during Grenvillian orogen. JSG 51, 2013, 1-2.
白云岩中的垂直张节理和灰岩中的共轭剪 切带
硅质岩的韧性变形和白云岩的张裂
(二)一个地区岩石的能干性差异表
沉积岩: 白云岩 长石砂岩 石英砂岩 硬砂岩 粗粒灰岩 细粒灰岩 粉砂岩 泥灰岩 页岩 石膏、硬石膏






结晶岩: 变基性岩 粗粒花岗岩和花岗片 麻岩 细粒花岗岩和花岗片 麻岩 石英岩 大理岩 云母片岩

(三)岩石变形

(三)岩石变形

3.3.4.2
高温位错蠕变——恢复作用
3.3.4.2
高温位错蠕变——恢复作用
3.3.4.2高温位错蠕变
动态重结晶
高应变能储存在变形晶粒边 界和局部高位错密度处,在 较高温度下形成新生颗粒 (核幔构造)
恢复和动态重结晶作用导致:
– 位错密度降低,应变继续进行 – 岩石不破裂而有很大塑性变形 – 岩石细粒化
塑性变形机制有多种,包括晶内滑动和 (低温)位错滑动,高温位错蠕变,动 态重结晶,粒间滑动
3.3.4.1
晶内滑动和(低温)位错滑动
晶内滑动——沿晶体内部一定滑移系发 生,由晶体结构所决定。滑移面通常为 高原子/离子密度面。滑移方向平行原 子/离子排列最密集的方向
– 石英底面(0001) – 方解石,底面,e面(机械)双晶
上式可改写成τ=τ0+σn· tgφ
截距为τ0的直线方程
3.3.2.1 库仑剪破裂准则
麻烦的“角”
τ
φ
φ τ0
2 2
σn
φ——内摩擦角
——剪裂角
2 ——共轭剪裂面
之间的夹角 ——应力分析中斜
截面与主平面之间的 夹角,或主应力与截 面法线之间的夹角
2 =90°-φ
=45°-φ/2
3.3.2.3
破裂准则评价
“准则”初步描述了破裂过程的真实物理模 式
“准则”与实验结果仍有较明显不一致
–预计的单轴抗压与抗张强度之比都过低 –莫尔包络线与实际的斜率不严格一致
尽管存在一些不足,“准则”仍然是较为合 乎实际的,广泛用于构造地质和岩石力学分 析
3.3.3
影响岩石变形行为的因素
岩石变形行为
2 + 2 =180°
( + =90°)

岩石力学-岩石的变形特征

岩石力学-岩石的变形特征

不同围压下同种岩石的应力-应变曲线
第四节 岩石的流变性质
岩石的变形和应力受时间因素的影响。在外部条 件不变的情况下,岩石的应力或应变随时间变化 的现象叫流变。
岩石的流变性主要包括以下几个方面:
蠕变:在恒定应力条件下,变形随时间逐渐增长的现象 松弛:应变一定时,应力随时间逐渐减小的现象 流动特征:指时间一定时,应变速率与应力的关系 长期强度:指长期荷载(应变速率小于10-6/s)作用下 岩石的强度
粘性与流变
粘性(viscosity) :物体受力后变形不能在瞬时完成,
且应变速率随应力增加而增加的性质,称为粘性。 应变速率随应力变化的变形称为流动变形。 流变(rheology ):材料的应力、应变随时间变化而
变化的现象。
岩石变形的表示方法
• 岩石的变形特性常用弹性模量E和泊松比μ两个常数来表示。 • 如果把岩石当作弹性体,用E、μ来描述岩石的变形特性是足 够的。 • 但实际情况说明,仅仅用这些弹性常数来表征岩石的变形性质 是不够的,因为许多岩石的变形是非弹性的,即荷载卸去后岩 石变形并不能够完全恢复。特别是在现场条件下岩石有裂隙、
p

e

逐级循环加载条件下的变形特性
应力-应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本 一致,说明加、卸荷过程并未改变岩块变形的基本习 性,这种现象称为岩石记忆。
每次加荷、卸荷曲线都不 重合,且围成一环形面积 称为回滞环
随循环次数增加,塑性滞回环的 面积有所扩大,卸载曲线的斜率 (代表岩石的弹性模量)逐次略 有增加,这个现象称为强化。
基岩的不均匀变位可以使坝体的剪应力和主拉应力增长,造成开裂
错位等不良后果。如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这 此性质的变化也已确定,那么在坝施工中可以采取必要措施防止不 均匀变形。

五年级上册科学课件第3课时 岩石会改变模样吗教科版(共25张PPT)

五年级上册科学课件第3课时 岩石会改变模样吗教科版(共25张PPT)
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小结 冷热交替(温差变化)能改变岩石的模样。
14
小结
流水作用能改变岩石的模样。
15
研讨
看照片,你有什么想法?
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研讨
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研讨
18
小结
植物作用能改变岩石的模样。
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小结 我们知道了:
岩石 风化 岩石碎裂 继பைடு நூலகம்风化 小石子和沙 岩石会由于受水、大气、气温或动植物的作用,产生 破碎,改变原来的模样,我们把这种现象叫岩石的风化。
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拓展
中国海南第一山
东山岭坐落在海南省东海岸, 距万宁县城1.5公里, 面积10平 方公里,由三座山峰相依而成, 海拔184米, 东山岭自然风光秀 丽,景物得天独厚,人文景观奇 特。山上怪石嶙峋,异洞幽深, 丹崖翠壁,泉丰林秀;春风长驻, 四时花开;石景遍布,佳致叠出; 奇岩异洞,各具姿态。素有“海 外桃源”、“海南第一山”之称。
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拓展
波浪谷
21
拓展 羚羊谷
22
拓展
七彩丹霞
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拓展 石林
阿诗玛石
在2.7亿年前,石林地区为海洋环境,海底沉积形成了数百米厚的石灰岩, 后经地壳抬升,石林地区处于湿热古海岸边缘。紧随其后的火山熔岩喷溢, 使石林被厚厚的玄武岩覆盖。约六千万年前的早喜马拉雅运动,使石林地 区掀斜抬升,转为内陆山间湖泊环境(路南古湖)。后来,石林地区继续抬升, 向现代高原河谷环境演进。
第三单元 地球表面及其变化
第3课时 岩石会改变模样吗
1
导入
2
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3
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导入

岩石力学性质讲解

岩石力学性质讲解
——胡克固体或线弹性体
2)塑性变形
? y为屈服应力。 变形特征: 产生永久
变形,当应力消除后
部分复原,大部分保
?y
留变形时的状态。
3)断裂变形
同一岩石的强度,在不同方式的力的 作用下差别很大。

常温常压下岩石表现为脆性破裂 高温高压下岩石表现为韧性变形
4)流动变形 变形特征:象牛顿流体
?
(蜂蜜体. )一样发生流 动变形,应力越大,流
(三)断裂变形:外力达到强度极限时,岩石失去完整形状, 并产生破坏现象的变形。 *强度极限 ——在外力作用下固体物质抵抗破坏的能力 (抗破能力)
(四)脆性变形:在破坏前不出现或很少出现塑性变形的变 形。
(五)韧性变形:在破坏前出现了显著塑性变形的变形。
第一节 岩石力学性质的基本概念
三轴应力条件下的岩石力学实验
松弛:
部分变形成为永久变形,降低了岩石的弹性极限。
第三节 岩石的能干性
? 能干性:用来描述岩石变形行为相对差异。
? 能干的:强的、粘度大的、不易流动的 ? 不能干的:弱的、粘度小的、易流动的
岩石能干性
? 反映岩石变形程度的差异,近似可以用粘度的大小来说明。
岩石能干性差异估测:
前提:在相同的构造变形环境下:
同一岩性的岩石由于 层理或次生面理 的发 育,造成岩石力学性质的各向异性。
? 如:层状岩石受压形成褶皱,块状则不易 形成褶皱。
三、围压对岩石力学性质的影响
?在低围压 下,岩石表现为 脆性,在弹性变形或发生少量的塑性变形后立即破坏; ?在围压超过 20MPa 时,在宏观破裂之前所达到的应变增加的非常明显,岩石表现为 ?随着围压的增高,岩石的屈服极限、强度和韧性也大大提高。

构造地质:岩石的变形阶段

构造地质:岩石的变形阶段
构造地质学
岩石的变形阶段
岩石的变形阶段
01. 弹性变形 02. 塑性变形 03. 断裂变形
1.弹性变形
σb
σs
弹性变形:
σσep
当物体在外力作用下发生变形,取消外力
后能完全恢复到变形前状态的变形。
图2-14 塑性材料拉伸时的应力应变曲线图 σp-比例极限;σe-弹性极限; σs-屈服极限;σb-强度极限;
岩石经塑性变形后,岩石内部的结合力基本 未遭破坏,仍保持其连续完整性。褶皱构造就是自 然界中最典型的塑性变形。
塑性变形的应变量: 脆性岩石:<3%-5%; 脆性-韧性岩石: 5%-8%; 韧性岩石:>10%。
2.塑性变形
2.塑性变形
岩石的变形阶段
01. 弹性变形 02. 塑性变形 03. 断裂变形
对于同一种岩石而言,三个强度之间的关系是:抗压强度>抗剪强度>抗张强度;抗压强度 大约是抗剪强度的10倍,是抗张强度的30倍左右。
岩石的变形阶段
01. 弹性变形 02. 塑性变形 03. 断裂变形
2.塑性变形
σb σs σσep
塑性变形阶段
图2-14 塑性材料拉伸时的应力应变曲线图 σp-比例极限;σe-弹性极限; σs-屈服极限;σb-强度极限;
塑性变形: 在应力超过岩石的弹性极限时,即使卸去外力,
变形也不能完全消失,而会出现剩余变形。
3.断裂变形
岩石的断裂变形有两种方式:张裂与剪裂
图2-15 张裂和剪裂的形成、分布与应力-变形的关系
3.断裂变形
岩石性质不同,其破裂方式也不同。韧性岩石在破裂前首先出现细颈 化现象,脆性岩石则不存在细颈化现象。
图2-16 岩石中的细颈化和透镜体化现象 (广东大降平,据蓝琪峰等)

岩石变形与应变分析基础讲义课件

岩石变形与应变分析基础讲义课件


在一个经受均匀变形的岩体中,如果能够
给出主应变的取向和大小,相应地也就给出了
应变椭球在空间上的形态和大小,从而也就确
定了应变状态。在没有取得主应变大小资料的
情况下,就只能从纯几何学角度运用应变椭球
形象地表示各构造之间的几何关系。

(1) λ1、λ2、λ3三个主应变方向相当于应变
轴X、Y、Z三个方向。因此,张节理总是平行
至B点以后才明显弯曲,B点的应力σy称弹性极 限,一般材料的A、B二点非常接近。在整个
OAB范围内,应力消除后,变形也消失,这一
阶段称弹性变形阶段,其变形是可逆的。
2020年11月
23
(二)、流动变形阶段

过B点以后,如应力继续增加,试件
的 伸 长 速 度 明 显 增 快 , 如 图 4-6 所 示 , 越
• K=1,
(1+e1) (1+e3) =(1+e2)2 =1 (平面应变椭球体)
• ∞>K>1, (1+e1)>1 >(l+e2)>(1+e3)长型椭球体 (收缩型)
• K=∞, (1+e1)>(l+e2)=(1+e3)单轴旋转长球体
2020年11月
(轴对称伸长18 )
第二节 变形
一、非旋转变形和旋转变形
2020年11月
19

主应变轴方位在变形前后发生改变
的变形称旋转变形;其中,如无体变,且
中间应变轴(Y,不发生变形的平面变形
又称为单剪变形。在构造地质研究中,
由剪切作用产生的变形常有条件地简化
为 单 剪 变 形 问 题 来 处 理 。 图 4-5b 为 旋 转
变形,在其变形过程中,应变轴方向与

第三章 岩石的变形

第三章 岩石的变形

第六节 岩体的变形(P81)
承压板法:就是利用承压板进行岩体变形参数原位测 试方法的一种。用千斤顶通过刚性或柔性承压板(承 压板面积一般为2000-2500cm2)向半无限岩体表面施 力,测量岩体变形与压力。根据施加的单位压力P和实 测的岩面变形S绘制P-S关系曲线,按布西涅斯克的各 向同性半无限弹性表面局部受力公式计算岩体的变形 参数。 PD(1 2 ) E S
二、三轴压缩条件下的岩块变形性质 围压对岩块变形破坏的影响 ①σ3↑,破坏前的ε↑; ②σ3↑,破坏方式由脆性破坏→延性破坏; 根据延性度的不同,岩石的破坏方式主要有两种: (a)脆性破坏:指岩石在变形很小时,由弹性变形直接发展为 急剧、迅速的破坏,破坏后的应力降较大。 (b)延性破坏(塑性破坏)或延性流动:指岩石在发生较大 的永久变形后导致破坏的情况,且破坏后应力降很小。
③Ⅲ:BC段,非稳定破裂发展阶段(累进破裂阶段)→“扩容” 现
象发生; C-峰值强度或单轴抗压强度
“扩容”:在岩石的单轴压缩试验中,当压力达到一定程度以后, 岩石中的破裂(裂纹)继续发生和扩展,岩石的体积应变增量由 压缩转为膨胀的力学过程。就是体积增大的现象。 ④Ⅳ:C点以后,破坏后阶段(残余强度)。刚性压力机和伺服
第四节 岩石的蠕变性质(也称“岩石流变理 论”)
岩石流变:在外部条件不变的情况下,岩石的变形或应力随 时间而变化的现象。 蠕变:指岩石在恒定的荷载(应力)条件下,变形随时间增 长的现象(或性质)。 松弛:指应变一定时(不变),应力随时间增加而减小的现象。 1.蠕变曲线的特征 分三个阶段,如P92:图4-36所示: Ⅰ:初始蠕变阶段(AB段),减速蠕变阶段;下凹型,存在瞬时
粘弹性介质模型
①Maxwell(马克斯威尔)模型 弹性元件+粘性元件(串联)

地概11岩石圈的变形与变位PPT课件

地概11岩石圈的变形与变位PPT课件

岩层产状的三要素
• 走向:层面与水平面交线称走向线, 走向线所指的方向称走向。
• 倾向:垂直走向线向下引出倾斜线, 倾斜线在水平面上投影所指的方向 称倾向。
• 倾角:倾斜线与水平面之间的夹角 称倾角。

倾斜岩层(上)
• 倾斜岩层的形成过程(左)
第四节 断裂构造
• 岩石受力后发生的不连续破裂变形 称断裂,断裂包括节理和断层两种 基本类型。


枢纽
倾伏褶皱:枢纽倾 伏(右)。
倾伏褶皱(航片)
• 构造穹隆 • 构造盆地
构造穹隆

背斜和向斜褶皱
(2)褶皱的剖面形态
直立褶皱 斜歪褶皱 倒转褶皱 平卧褶皱
• 地质图上 表现的倾 伏褶皱和 水平岩层。
• 倾伏褶皱 及上覆水 平岩层。
褶 皱 的 卫 星 照 片
• 逆冲 断层的 形成过 程。(压 性构造 面与主 断面所 交锐角 指示断 层对盘 的运动 方向)
1788年Hutton在苏格兰首次发现角度不整合的地点。
角度不整合界面凹凸不平,下覆地层存在古风 化壳,上、下地层呈角度相交。
(1) 岩体与地层的侵入接触关系
• 岩体界线切 割地层界线。
• 在接触边界 岩体一侧具 有冷凝边。
• 在围岩一侧 具有烘烤边 或接触变质 带。
(2) 地层与岩体呈沉积接触
• 背斜:岩层向上弯曲,核部出现老 地层,两翼对称重复出现新地层。
• 向斜:岩层向下弯曲,核部出现新 地层,两翼对称重复出现老地层。

褶皱的类型的确定
核部为新地层 向斜
背斜 核部为老地层

褶皱的平、剖面形态
褶皱轴面 褶皱枢纽
11.5.2 褶皱要素
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拉破 裂线
莫尔包络线
D 2 E C
1
0
O
B
剪切破裂时的斜线型莫尔包络线理论
3.格里菲斯剪切破裂准则
岩石中随机分布的 6T 大量微裂隙对岩石的 破裂强度有显著影响, 2T 这些微裂隙可以近似 地看作扁平的椭圆形 - T 0 裂隙。 麦克林托与华西 (1962)又作了正。
0 0 0
修正的格里菲 斯莫尔包络线
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。 岩石首先沿着与最大主应力轴 呈45º 和135º 的截面破裂,两组 破裂面应相互垂直。 对于塑性材料或高围压情况比 较合适。
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。
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
0
2 2 2

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。 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
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。
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。
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。
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。
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%)。
塑性变形区
y'
P
破裂
y
弹性变形区
e1
e2
e
岩石变形的一般化应力-应变曲线
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。
格里菲斯 莫尔包络线
45 60
4 T0
8T0
平面格里菲斯莫尔包络线
五、应变测量
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。
• 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?
根据两条直线之间原始角度的变化可以计算角剪应变 和剪应变。
原始为圆球或 椭球的标志体 应变标志体 已知原始形状的 其它标志物 砾石、砂粒、气孔、鲕粒、 放射虫、还原斑等 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
第三章 地质构造分析的力学基础
第三节 岩石变形行为
背景图片是大理岩在挤压应力作用下的变形实验结果
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。 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。 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。
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