第三节 岩石变形行为
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《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)
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
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
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)
13
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？
16
研讨
17
研讨
18
小结
植物作用能改变岩石的模样。
19
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。
25
24
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。
20
拓展
波浪谷
21
拓展 羚羊谷
22
拓展
七彩丹霞
23
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
导入
3
导入
4
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6
导入
7
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导入
小结 冷热交替（温差变化）能改变岩石的模样。
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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？
16
研讨
17
研讨
18
小结
植物作用能改变岩石的模样。
19
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。
25
24
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。
20
拓展
波浪谷
21
拓展 羚羊谷
22
拓展
七彩丹霞
23
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
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3
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5
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6
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7
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8
导入
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。
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
•
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
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。
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。