构造应力场解析1
构造地质1
一、鉴定张剪节理的主要标志（特征）剪节理：1.剪节理产状稳定，沿走向和倾向延伸较远。
2.剪节理面比较光滑平直，有时具有因剪切滑动留下的擦痕。
3.剪节理平整切割岩石的砾石式矿物颗粒，从砾石或矿物颗粒的错开表明两旁岩块的相对运动方向。
4.典型剪节理常常以共轭形式出现，组成X型，大多呈菱形、柱状。
5.主剪裂面由羽状微裂组成。
张节理：1.张节理产状不稳定，而且延伸不远，单条节理短而弯曲，节理常侧列产生。
2.张节理粗糙不平，无擦痕。
3.在胶结不太坚实的砾岩或者砂岩中的张节理常常绕砾石或者粗砂而过。
4.张节理多开口，一般被矿脉充填，脉宽变化较大；脉壁不平直。
5.张节理一般间距较大，很少聚集成带。
6.张节理一般在应力拉伸下平行排列，剪切力下剖面形成雁形。
二、如何利用原生沉积构造鉴定岩层顶底面1.斜层理：可利用细层上部与层系界面呈角度截交。
下部收敛变缓而与层系界面相切。
2.粒级层理（递变层理）：特征是在一个单层中，由底面到顶面的粒度由粗到细。
3.波痕：分为流动波痕和浪成波痕。
波峰尖端指向岩层顶面。
波谷的圆弧凸向底面。
4泥裂：V型。
向下变窄的尖端指向岩层底面，开口指向顶面。
5.雨痕，冰雹印痕：雨点或冰雹落在松软的沉积物上，后被沉积物充填并呈半圆形凸起。
6.冲刷印痕：凸痕所在的面为上覆岩层的底面，凹痕所在的面为下伏岩层的顶面。
7.生物化石标志：由一些圆锥形或圆拱形的薄层—--基本层叠置而成。
基本层的锥形或圆拱形向上指向岩层的顶面。
8.软沉积变形：在重力失稳和孔隙液压等因素控制下产生的。
三、变质核杂岩的形成过程定义：由于岩石圈的伸展，拆离，基底隆升和地表剥蚀作用。
1.使地壳深部的岩石逐渐上升，形成变质核杂岩。
2.拆离断层的特点：一般产于基底核差层之间，上为拆离上盘，下为拆离下盘。
上盘是一套浅层的正断层组成。
下盘为变质核杂岩。
3.形成过程：A：首先来自于岩石圈的集成和加厚作用于岩石圈。
B：拆离断层是由于伸展伸长模式产生的。
地质构造应力场分析方法与原则
地质构造应力场分析方法与原则摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。
本次研究针对地质构造应力场的测量方法水力压裂法、井壁崩落法、磁组构法进行分析，并对地质构造应场力分析原则进行阐述，继而进一步丰富构造应力场的理论。
关键词：地质构造；构造应场力；应场力引言：构造应力场就是在一个空间范围内构造应力的分布。
构造应力场是作用在地壳某一地区内部的和由于这一地区某种变形的构造单元的发育而出现的应力总和。
应力场是一种物理场，它和其他物理场，如重力场、电滋场、位势场等一样，也是物质存在的一种形式。
场不是空间，而是在空间范围内某个物理量的按势分布。
随着时间的变化，场内各点的强度和方向也将发生变化。
构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。
1.地质构造应力场概述构造应力场概念是由我国地质学家李四光率先提出的。
1947年李四光提出用构造形迹反推构造应力场，并研究各种不同力学性质的构造形迹与应力方向、应力作用方式之间的相互关系。
1940年格佐夫斯基也提出研究构造应力场，并把用赤平投影求主应力轴方向的方法引进构造应力场的研究。
1950年一1996年国内外地质工作者结合地震地质的研究工作开展了构造应力测量，经多年努力，通过野外与室内实测证实了构造应力的存在，并探索、研究了行之有效的构造应力测量技术方法，完善了构造应力测量的理论基础，建立了可靠的测量技术方法和数据处理系统。
万天丰（1999）、武红岭（1999，2003）等将矿场构造应力场研究的方法延伸到盆地构造研究领域，取得了人量的研究认识和资料，极大地丰富了构造应力场研究理论，也为盆地构造应力场研究积累了丰富的地质认识和方法。
1970年构造应力场的研究有长足进展，逐渐深入到地质学的多个领域。
古构造应力场第一章
能够利用的构造形变可称为具有应力 感的构造，要研究其形成时的应力状态以 及利用其空间产状来反推主应力方向。 要完整地研究构造应力场的演化史， 还必须把构造形变（改造）与岩相古地理 （建造）结合起来进行研究。 构造应力场的模拟研究方法包括各种 物理模拟与数学模拟。 应力方向和应力场强度的表示方法 构造应力场的研究意义
第一章
绪
论
构造研究的三个阶段： ⒈几何学，即形态学，是构造研究的 基础。 ⒉运动学，研究物质运动规律，如位 移方向、位移量等。 ⒊动力学，探索构造形变与应力状态 之间的关系，是构造应力场研究的主要内 容。
直立褶皱
斜歪褶皱
倒转褶皱 平卧褶皱
根据轴面和两翼产状划分的褶皱类型
一、构造应力场的概念
应力(σ )是作用在物体内任意截面的 单位面积(dF)上的内力(dP)。 σ x、σ y、σ z为正应力分量；τ xy 、 τ yz、τ xz为剪应力分量。 当剪应力分量等于零时，三个正应力 分量就称为主应力分量。 用 σ ３、σ ２和 σ １分别表示最大、中 间和最小主压应力轴。
图1-1
用截面法求内力示意图
图1-2
单元微分体各截面应力分量示意图
图1-3主应力示意图应力法定计量单位为Pa或MPa。 1MPa(兆帕斯卡)=106Pa(帕斯卡) =10bar(巴)≈10atm(大气压) ≈10kg/cm2 表述应力状态的常用术语：三向应
力、二向应力、单向应力；普通应力、 轴向应力、静岩应力。
地应力是地球内部应力的统称。 动态的地应力是指作短周期变化的应 力,如地震波引起应力波动,还有引潮力、 极移、短期自转速率变化等引起的应力变 动。它们积累不起来，对于构造运动可能 有触发作用，但不足以推动构造运动。 静态的地应力是指由重力和长期构造 运动所造成的应力。 本书只讨论静态应力。
构造应力场
σ
θ
σ
r
• •
a
θ
•
Ri 20a
•
圆孔周围任意点的切向应力与径向应力之和为 2倍的原岩应力，即 r 2H
Λ ＝1
λ ＝1时圆孔周围应力分布
14
“孔”周围的应力分布
2、有压圆孔
当孔内有液体（或巷内支护）时，液体（或支护物）对孔壁产生附加应力。 此时，围岩将受孔内应力影响进行应力的重新分布。根据弹性厚壁筒理论得：
•
矿山压力与岩层控制是研究矿山岩体力学现象的机理、控制理论，以及控制 所采用的人工构筑物的学科，属于岩石力学的分支，是矿山采掘工程的基础 学科。
概述
分类
概述
学习矿压的意义
矿山压力及其岩层控制是岩石力学在矿山上的应用学科，有人称之为矿山岩 石力学。它既是采矿工程最主要专业课之一，也是矿井开采方法课程的理论基础 课。在采矿中作用如下：
在原岩应力场弹性变形能包括体变弹性能、形变弹性能两种，由前苏联阿维 尔申计算为
体变弹性能
形变弹性能
(1 2 )(1 ) 2 2 2 Uv H 2 6 E (1 ) (1 )(1 2 ) 2 2 2 常由于塑性变形被吸收 Uf H 2 或转化，而消失。 3E (1 )
顶板：位于煤层以上一定范围内的岩层称为煤层顶板。根据煤层上方顶板对 回采工作面的影响程度和方式，把顶板进行再划分，即直接顶、伪顶和老顶。 伪顶：直接位于煤层之上，大多数情况下随采随冒的岩层。通常为厚度小于 0.3～0.5米的炭质页岩或其它松软脆弱岩层，一般允许悬露面积和时间在10平方 米和20分钟以下，很难在工作面维护住，而形成煤中矸石。在矿压上，伪顶主要 影响采场支架选型和采场安全。 直接顶：直接位于煤层或伪顶之上，通常随放顶而垮落的岩层。一般为一层 或几层岩性相近的岩层组成，常见岩性有页岩和砂页岩等。一般来说，直接顶裂 隙发育强度低，与前后方难以形成力的传递，从而形成静载荷作用于支架。然而 ，直接顶是采场直接维护的对象，其稳定状况，直接影响着矿工安全和正常生产 ，为此是矿压研究主要内容之一。 老顶（基本顶）： 位于直接顶（有时直接位于煤层）之上厚而坚硬，一般不 随放顶而冒落的岩层。常见岩性有砂岩、砾岩、石灰岩、坚硬的砂页岩等，一般 厚度大于2米，岩石的单向抗压强度Rc>60～80MPa，节理裂隙不发育，节理间距 和分层厚度均大于1m，其运动常给采场带来严重的矿压显现。一般认为，该岩层 内可以形成结构层，上方岩层重量可通过该层把力传递到工作面的前方煤壁和后 方煤柱或采空区。老顶的结构分析和运动规律是矿压研究主要内容。
构造地质学(3)地质构造分析的力学基础
• 屈服点
• 屈服极限
• 岩石在断裂前塑性变形应变达5—8%为中等韧性，超 过10%的材料性质为韧性，而脆性材料在弹性变形阶 段后，和断裂变形阶段前就没有或只有极小的塑性变 形（3—5%）
塑性变形的显微机制
• 由于岩石类型、围压条件、温度、应变速率和施加应力类型的不同，出现脆性到韧性的一系列变化现象， 在压缩和拉伸条件下，其变化有五种情况。
2. 剪应变： （1）定义：
角应变：变形前相互垂直的两条直线， 变形后其夹角偏离直角的量（ψ）
剪应变：角应变的正切（ γ ） （2）应变量计算：γ= tgψ
（右偏为正；左偏为负）
应变轴的规定及与主应力轴之关系
• 通过变形物体内部任意点总可以截取这样一个 立方体，在其三个互相垂直的面上都只有线应 变而无剪应变，即只有伸长和缩短，这三个互 相垂直的面称为主应变面，三个主应变方向称 为主应变轴。并规定：最大伸长方向为最大应 变轴（A轴），最大缩短方向为最小应变轴（C 轴），介于两者之间为中间应变轴（B轴），B 轴方向既可是拉伸，也可以是缩短
3.2 变形分析
•3.2.1 变形和应变
• 物体受到力的作用后，其内部各点间相互位置 发生改变，称为变形。变形可以是体积的改变， 也可以是形状的改变，或二者均有改变。
• 物体变形的程度用应变来量度，即以其相对变 形来量度，应变所涉及的物体形态的变化，总 是与物体的两个状况有关—初态和始态，所以 下面所指的应变，只涉及到系统的两个特定的 状态。
A.平移；B.旋转；C.形变；D.体变
物体变形的泥巴实验
Brittle Deformation Ductile Deformation
M.S. Patterson
Fig. 10.7
构造地质学-应力分析
压应力
应力莫尔圆的基本原理（stress Mohr diagram）
应力莫尔圆的基本原理（stress Mohr diagram）
应力莫尔圆的基本原理（stress Mohr diagram）
σ11 σ12 σ13
σ21 σ22 σ23
σ31 σ32 σ33
独立的应力分量实际上只有6个，可以用一个阵列表示，即： [σ]=S=[σx σy σz τxy τyz τzx ]T
过一点三个正交截面上6个应力分量就决定了一点应力状态。
任何应力状态，不论是二维 的或三维的，都由平均应力
平均应力
外力和内力
物质内部－研究对象本身的所含物质称为“内部”； 物质外界－研究对象以外的物体称为“外界”； 物质边界－研究对象本身与外界直接的接触面称为“边界”； 边界条件－指外界给研究对象的边界施加的某些限制，如体力确
定之后，面理的分布和物体的几何形态决定物体内的应力分布； 外力－研究对象外的物体对被研究物体施加的作用力称为外力
附加侧向拉伸条件下简单剪切时的应力状态 A 应力等值线图；B 主应力轨迹图；C 剪应力轨迹图
End
应力－－作用于单位面积上的内力（附加内力），或称 为应力是内力在面积上分布集度（内力集度）。
应力－－理解为一种趋向于使某一种物体发生变形的作 用（Jaeger and Cook,1976）。在固体力学中，必须用面 力的分布强度来描述这种作用的分布情况。
截面上一点的应力
为了研究截面某点（m点）附近的内力强度，可以 围绕该点取一很小面积⊿F，设其面积上作用力为 ⊿P，则有：
0
构造地质学 名词解释
名词解释：右列：垂直节理走向观察时远处节理向右侧错列，或在右端重叠地质构造：是指组成地壳的岩层或岩体在内外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱节理断层劈理以及其他各种面状和线状构造等构造尺度：对地质构造的观察研究可以按规模大小划分为许多级别，称为构造尺度，一般把构造尺度划分为巨型大型中型小型微型以及超微型等级别原生构造：沉积岩在沉积和成岩作用过程中没有产生构造变动的构造特点岩层：由两个平行或近于平行的界面所限制的岩性基本一致的层状岩体沉积岩层：由沉积作用形成的岩层岩层产状：指在产出地点的岩层面在三维空间的方位其主要包括岩层的走向倾向和倾角断层：是岩层或岩体顺破裂面发生明显唯一的构造断层线：是指断层面与断层线的交线整合接触：上下底层与沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，他们是连续沉积形成的，不整合接触:上下地层间的层序有了间断，先后沉积的地层间缺失了一部分地层。
平行不整合：一下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层间缺失了一些时代的地层的不整合接触。
角度不整合；上下两套地层之间既缺失部分地层，且产状不同的接解关系。
应力：在应力均匀分布的情况下作用于单位面积上的内力。
变形：物体受到力的作用后其内部各点间相互位置发生改变称力变形。
主要有拉申，挤压，弯曲，扭转均匀变形：岩石的各个部分的变形性质方向和大小都相同的变形。
非均匀变形：岩石的各点变形方大小和性质都变化的变形构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的瞬时的应力状态剪裂角：最大主应力轴方向与剪工破裂面之间的夹角共轭剪切破裂角：当岩石发生剪切破裂时，包含最大主应力轴象限的共轭剪切破裂面之间的夹角褶皱：地壳中岩石岩体在受内动力地质作用后发生弯曲变形而成的一种构造同沉积褶皱：一些在岩层沉积同时而逐渐形成的褶皱纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压的作用而发生的褶皱横弯褶皱作用:岩层爱到与层面垂直的外力作用而发生的褶皱.节理：有明显破裂面而无位移的断层。
2020年中国矿业大学(北京)采矿工程专业矿山压力及其控制考研模拟试题及答案解析一_1_
中国矿业大学（北京）采矿工程考研全真预测一《矿山压力及其控制》一、名词解释（30分）1、矿山压力；2、碎胀系数；3、周期来压；4、支承压力；5、弹性后效；6、格里菲斯强度理论；7、充分采动；8、构造应力；9、岩石单轴抗压强度；10、结构面二、绘图解释岩石应力—应变全过程曲线。
（15分）三、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区。
（15分）四、简述工作面常见顶板事故产生的原因。
（15分）五、简述构造应力分布的基本特点。
（10分）六、简述采场支架与围岩石相互作用原理。
（15分）七、简述影响岩体强度的主要因素。
（15分）八、已知弹性波在某岩体中传播速度V M=1750m/s，弹性波在该中岩石中传播速度V R=2120m/s，岩石单向抗压强度R c=220MPa，单向抗拉强度R t=20MPa，试求该岩体的准岩体强度R cm及R tm。
（10分）九、试述采场上覆岩层关键层的特征。
（10分）十、论述有关采场上覆岩层活动规律的假说。
（15分）《矿山压力及其控制》模拟试题一参考答案一、名词解释（30分）1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护上的力。
2、碎胀系数：岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石碎胀前处于整体状态下的体积之比。
3、周期来压：老顶初次来压以后，随着工作面的继续推进，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。
4、支承压力：在岩体内开挖巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
5、弹性后效：加载（或卸载）后经过一段时间应变才增大（或减小）到一定数值的现象。
6、格里菲斯强度理论：认为在材料内部存在许多均匀地、随机分布的窄缝形微裂隙。
在力的作用下，处于不利方位的裂隙端部就产生应力集中现象，使该处的应力达到所施加压力的几十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其长度方向开始扩张，直至材料整体破坏。
地下结构内容(1)
第一章：1，地下结构：在保留上部地层（上体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构物。
2，地下结构体系：在地层稳固的情况下—围岩本身就是承载结构。
地层自稳能力较强时，地下结构将不受或少受地层压力的荷载作用，否则地下结构将承受较大的荷载直至必须独立承受全部荷载作用。
周围地层（围岩）+地下结构＝地下结构体系。
3，衬砌的（或称为被覆）：除在坚固、完整而又不易风化的稳定岩层中可以只开成毛洞外，其他在所有地层中的坑道都需要修建支护结构，即衬砌。
它是在坑道内部修建的永久性支护结构。
4，地下结构的计算特性：（1）必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响；（2）地下工程周围的地质体是工程材料、承载结构，同时又是产生荷载的来源；（3）地下结构施工因素和时间因素会极大地影响结构体系的安全性。
4）地下工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑围岩会不会失稳，这2种原因都能最终导致支护结构破坏；（5）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥围岩自承力。
5，支护上承受的荷载：与原岩应力，地质体强度、施工方法、施工流程（时间因素）、支护形式、结构形状等有关。
6，施工方法是确定断面形状的决定性因素：（1）矿山法——拱形（2）明挖法——一般是矩形，（3）盾构法——一般是圆形；7，地层（围岩）的作用：①地层既是承载结构的基本组成部分，②是形成荷载的主要来源③洞室周围的地层在很大程度上是地下结构体系中承载的主体。
④地下结构的安全度首先取决于地下结构周围的地层能否保持持续稳定，并且应充分利用和更好地发挥围岩的承载能力。
8，地下结构的形式：（1）按其使用目的（或由围岩的稳定性）：①防护型支护：封闭岩面，防止围岩质量的进一步恶化；②构造型支护：防止局部掉块或崩塌③承载型支护：轻型、中型及重型等⑵按支护作用机理分为：①刚性支护结构②柔性支护结构③复合式支护结构9，衬砌的按制造方式（指承重型）：①就地灌注整体式混凝土衬砌,用模板浇注混凝土衬砌，刚度较大；a，矿山法施工时常用拱形结构形式b，明挖法施工常用的结构形式是矩形框架，c，沉埋法（水下明挖法）常用的结构师预支型的②锚喷支护：柔性，能吸收围岩变形；③复合式衬砌：先柔后刚，先锚喷后模筑；④装配式衬砌：工厂预制，施工现场拼装。
应力分区详解
2: 青藏高原南部应力区
1: 藏南应力区
2: 墨脱—昌都应力区
3: 滇西南应力区
3: 喜马拉雅应力区
1: 喜马拉雅应力区
4个级别应力分区的代码构成一个应力区完整的应力区代码，如“A203”即为“南海—北部湾应力区”代码，它属于“中国东部应力区”（Ⅰ级区）、“华南应力区”（Ⅱ级区）中的第3个Ⅳ级区（0表示无Ⅲ级区划分）。应力分区代码含义如下：
1: 东北—华北应力区
1: 东北应力区
0
2: 华北应力区
1: 华北平原应力区
2: 汾渭断陷应力区
3: 鄂尔多斯应力区
4: 河套—银川断陷应力区
5: 豫皖—苏北应力区
2: 华南应力区
0
1: 华南主体应力区
2: 东南沿海—台湾应力区
3: 南海—北部湾应力区
B: 中国西部应力区
1: 新疆应力区
0
1: 塔里木盆地应力区
2: 天山应力区
3: 准格尔盆地应力区
4: 阿尔泰应力区
5: 阿拉善应力区
2: 青藏高原应力区
1: 青藏高原北部及北东边缘应力区
1: 帕米尔应力区
2: 藏北高原应力区
3: 柴达木盆地应力区
4: 祁连山—河西走廊应区
5: 海原—六盘山应力区
6: 西秦岭应力区
7: 巴颜喀拉山应力区
8: 龙门山—松潘应力区
⑤ 按构造破裂类型的一致性分区。
中国现代构造应力场图应力分区共分4个级别，其中Ⅰ级区2个，Ⅱ级区4个，Ⅲ级区5个，Ⅳ级区26个。2个Ⅰ级应力区的代码是字母“A”和“B”，Ⅱ至Ⅳ级应力区的代码是阿拉伯数字，各级应力分区的代码见应力分区的代码表。
表. 应力分区的代码表
《构造地质学》课程笔记
《构造地质学》课程笔记第一章绪论一、构造地质学的内涵和构造规模1. 构造地质学定义：构造地质学是地球科学的一个分支，它专注于研究地球岩石圈的结构、构造、形成过程、演化历史以及控制这些过程的动力学机制。
它涉及从微观到宏观尺度的地质现象，包括地层、岩体、断裂、褶皱等。
2. 研究内容详述：（1）地质体的形态、产状、规模和组合特征：研究不同类型地质体的外部形态、空间排列、大小和相互之间的组合关系，如断层、褶皱、节理等。
（2）地质体的形成、演化和改造过程：探讨地质体从形成到改造的整个地质历史过程，包括构造运动、岩浆活动、变质作用等。
（3）地质体之间的相互关系及其在地球动力学过程中的作用：分析地质体之间的相互作用，以及它们在板块构造、地壳运动等地球动力学过程中的角色。
3. 构造规模划分详述：（1）大型构造：涉及整个板块或大陆规模的构造，如板块边界、地槽-地台、造山带等。
（2）中型构造：介于大型和小型构造之间，如区域性的褶皱带、断裂带、火山带等。
（3）小型构造：在更小的尺度上，如单个褶皱、断层、节理、面理等。
二、地质构造的类型和关系1. 地质构造类型详述：（1）原生构造：在岩石形成过程中直接形成的构造，如层理、波痕、泥裂等沉积构造。
（2）次生构造：岩石形成后，在后期地质作用下形成的构造，如褶皱、断层、节理等。
（3）复合构造：原生构造和次生构造相互叠加、改造形成的复杂构造，如叠加褶皱、复合断层等。
2. 地质构造之间的关系详述：（1）成因关系：不同构造之间的成因联系，如断层活动可能导致褶皱的形成。
（2）时间关系：不同构造形成的时间顺序，如先形成断层，后形成褶皱。
（3）空间关系：不同构造在空间上的分布和排列方式，如断层与褶皱的相互切割关系。
三、构造分析的基本方法1. 地质观察详述：（1）观察地质体的形态、产状、规模、组合特征：通过野外实地观察，记录地质体的各种特征。
（2）使用地质罗盘、GPS等工具进行精确测量：测量地质体的产状、方位等参数。
地质构造分析的力学基础
拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转。
有关应变的几个基本概念
线应变：变形前后物体内线段的相对伸长 或缩短
1）伸长度（线应变）：变形前后单位线段长 度的改变量
L0
L1
e = (L1 - L0 )/ L0 _
e — 伸长为正；缩短为负
在拉伸或压缩情况下，变形物体不仅会 在拉伸或压缩方向上（纵向上）产生变 形，而且在与之垂直的方向上（横向上） 产生应变（e0）。 e0 =b/b0
5）外力作用方式：拉伸与压缩 6）快速施力与缓慢施力 7）重复施力
注意：岩石自身力学性质也是影响其变形 方式的重要因素！
常温常压下一些岩石的强度极限表
岩石的破坏
岩石破裂的两种主要方式 —张裂和剪裂
岩石破裂理论：
按照应力分析，在与挤压或拉伸方向呈45 交角的截面上剪应力最大。称为最大剪切面。 因此，剪切破裂面应该发生在这个方向上， 成对出现，称为共轭剪切破裂面。
顺时针为正，逆时针为
负。
体积应变：变形前 后体积的变化量。
=（V-V0）/V0
应变椭球：变形 物体内一点上变 形前的一个圆球 体在变形后变成 一个椭球体—应 变椭球。
应变椭球体内有三 个互相垂直的主轴， 沿主轴方向只有线 应变而没有剪应变， 称之为应变主轴 （应变主方向）。 分别以1，2，3 （或X, Y, Z）表 示。椭球体的三个 主轴的半径分别为
A0 τ s
P
当=45时， sin 2=1， <45时，sin 2<1
=1/2s1；当 >45或
结论3：在与挤压或拉伸方向呈45交角的截面上剪 应力最大。称为最大剪切面。
当=90时， =0，s=0
第三章 构造研究中的应力分析基础
2．三轴应力状态 ．
一般利用与三个主应力轴分别平行的三对特殊 截面上的应力状态来分析三轴应力状态。实际上是 把三轴状态转化为双轴状态。
最大剪应力作用面
2 3 3
1
1
3 2 1 2
三轴应力状态立体图及其二维应力莫尔圆
在三轴应力 状态下，最 大剪应力仍 作用在与最 大主应力轴 σ1呈45 °和 135 ° 的截面 上。
τ xy = τ yx ,τ xz = τ zx ,τ yz = τ zy
σ 1 σ2 σ3
主应力(principal stress)：无剪切应力切面上的正应力。 主应力(principal stress)：无剪切应力切面上的正应力。 二维上记做σ1和 σ2（代数值 σ1 >σ2）； 三维时则为σ1>σ2 > σ3 主应力的方向称为该点 应力主方向(principal stress directions) ：主应力的方向称为该点 的应力主方向。 的应力主方向。 三维情况下， 应力主平面(principal planes of stress) ：三维情况下，与主应力 方向垂直的切面，或是任意两个应力主方向确定的平面。 方向垂直的切面，或是任意两个应力主方向确定的平面。
左图中应力矢量均为压性，即他们的法向分量均为压性。根据习惯， 这种矢量均画成向内指向椭圆的中心，右图为张应力状态的应力椭圆。
应力椭圆：二维情况下，平面某点各方向应力矢量形成的椭圆， 应力椭圆：二维情况下，平面某点各方向应力矢量形成的椭圆， 其长短轴分别为该点的最大和最小应力（主应力）。 其长短轴分别为该点的最大和最小应力（主应力）。 应力椭球：三维情况下，某点各方向应力矢量形成的椭球，其 应力椭球：三维情况下，某点各方向应力矢量形成的椭球， 三轴代表该点的主应力。 三轴代表该点的主应力。
第二章 矿山岩体的应力场及其重新分布1
（提出平面问题可简化计算过程）
z 0
zx xy 0
2、双向等压圆形巷道平面应变问题基本方程：
Differential Equilibrium Equations
r d r
1）平衡微分方程： （极坐标系）
d 2
（双向等压时，仅经向应力变化，切向应力无变化）
由径向静力平衡有：
0
1
2
3
4
5
6
1900 1903 1906 1909 1912 1915 1918 1921 1924 1927 1930 1933 1936 1939 1942 1945 1948 1951 1954 1957 1960 1963 1966 1969 1972 1975 1978
8级以上次数 7级以上次数 6级以上地震次数 太阳黑子数
非理想松散介质
C>0
2C cos H1 (1 sin )
三、构造应力 (Tectonic Stress)
1、构造应力——由构造运动引起（板块、火山、升降）
现代构造应力 地质构造残余应力
构造应力
难以区分
构造应力场——构造运动形成： 板块挤压——板块移动，挤压边界引起（横向）； 地幔热对流——地幔上下封闭对流形成； 岩浆侵入——岩浆侵入挤压、冷凝收缩（局部）
五个方程可解五个变量：
消除无关量 r , , u ，求解 r ,
r , , r , , u
R02 r H 1 r 2 3、计算结果： R02 H 1 r 2
5% p 0
构造应力目前尚难以计算，只能实测。
3、构造应力（最大主应力）的现场判断： 1）顶压大，两帮破坏程度较顶底破坏程度大时； 2）侧压大，顶底板发生严重的破坏，而巷帮破坏较轻 以上如有可能，在环形井底车场可明显看到这种现象 3）与褶皱脊线（褶曲轴）、逆断层走向垂直； 4）沿X形节理（断裂）锐角平分线方向； 5）与纵张节理走向一致。
构造应力场与岩石变形关系分析
构造应力场与岩石变形关系分析岩石变形是地质学领域中的重要研究内容之一，而构造应力场是影响岩石变形的主要因素之一。
本文将从构造应力场与岩石变形的关系入手，深入探讨影响岩石变形的主要因素，并分析不同应力场对岩石的影响。
一、构造应力场对岩石变形的影响构造应力场是地壳中各个地质单元的力学平衡状态，它是由地壳内部各种力学因素相互作用产生的。
这些力学因素包括地球内部的构造力、板块运动、地壳应力等。
构造应力场的大小和方向决定了岩石的变形模式和应变产生方式。
不同的构造应力场会引起岩石的不同变形类型。
例如，斜向挤压型应力场会导致岩石发生褶皱和逆冲断裂；剪切型应力场则会引起剪切断裂和逆断裂；拉伸型应力场会使岩石发生扩展断裂等。
岩石的变形形式与构造应力场密切相关，通过分析岩石的变形特征，可以反推出构造应力场的性质。
另外，构造应力场的大小也会影响岩石的变形规模。
一般来说，构造应力场越大，岩石的变形规模就越大，反之亦然。
岩石的变形规模可以通过测量岩石的应变率、位移和变形率来确定。
构造应力场的大小是决定岩石变形规模的主要因素之一。
二、影响构造应力场的因素构造应力场的大小和方向受到多种因素的影响。
其中，板块运动被认为是影响构造应力场的最重要因素之一。
板块运动是地壳中板块相对运动的结果，它会引起地质构造体系的形成和变化，从而影响构造应力场的产生和分布。
此外，地壳的变形和地震活动也会影响构造应力场。
地壳的变形会导致构造应力场的重新分布，进而引起岩石的变形。
地震活动则是构造应力场释放的一种形式，它能够改变地壳内部的应力状态，进而影响岩石的变形过程。
同时，地球内部的构造力也会对构造应力场产生影响。
地球内部的构造力是由地球的物质组成和内部变化所形成的，它是构造应力场产生和演化的根本原因。
了解地球内部的构造力分布和变化规律对于研究构造应力场和岩石变形具有重要意义。
三、构造应力场与岩石变形关系的意义研究构造应力场与岩石变形关系的意义在于理解地壳变形的机制和规律，为地质灾害的预测和防治提供科学依据。
第三章地质构造分析的力学基础
2.按时间分 按时间分
古构造应力场（分析推断得出） 古构造应力场（分析推断得出）
现代构造应力场（仪器测出） 现代构造应力场（仪器测出）
第二节
一、变形和应变 1.概念： 1.概念 概念：
变形分析
变形定义：物体受到外力作用后，内部质点之间发生位 变形定义：物体受到外力作用后， 致使物体的形态 体积发生变化的现象 形态或 发生变化的现象。 移，致使物体的形态或体积发生变化的现象。
应力椭圆： 应力椭圆：沿三个主应力平面切割椭球体所获得的三个 椭圆。 椭圆。 应力椭圆面： 应力椭圆面：每个平面的中的二维应力矢量就构成了一 个应力椭圆面。（也称为主平面） 。（也称为主平面 个应力椭圆面。（也称为主平面） 物体的空间应力状态 物体的空间应力状态根据应力椭球体分为： 空间应力状态根据应力椭球体分为： 三轴应力状态：指三个主应力值均不为零的状态。 三轴应力状态：指三个主应力值均不为零的状态。 双轴应力状态：指两个主应力值不为零，另一个主应 双轴应力状态：指两个主应力值不为零，另一个主应 力值为零的状态。 单轴应力状态：指两个主应力值为零（σ 单轴应力状态：指两个主应力值为零（σ1或σ3），另一 个主应力值不为零的状态。
其他几个概念： 其他几个概念：
主应力轴：每对主应力（正 主应力轴：每对主应力（ 应力）作用的方向线。 应力）作用的方向线。 主平面：主应力的作用的面。 主平面：主应力的作用的面。 六个截面） （六个截面）
2.应力椭球体： 2.应力椭球体： 应力椭球体
当 σ1﹥ σ2﹥ σ3 并且符号相 同时，可据σ 同时，可据σ1、 σ2和σ3为半 径作一个椭球体，代表该点 的全应力状态。 应力椭球体：以σ1、 σ2和σ3 应力椭球体： 为半径所作椭球体。 为半径所作椭球体。
《应力场分析与裂缝预测》第3章-1古构造应力场的主应力方向分析
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（3）求断层擦痕产状 设断层的产状为 Φf ∠θf , 断层擦痕的侧伏 角为βf , 产状为ωc ∠σc , 则: σc = arcsin ( sinβf · sinθf ) ωc= Φf – arcsin ( cosβf / cosσc )
通过大量断层擦痕数据的计算机处理和统计 分析，最后可以求出形成擦痕的构造应力场的主 应力优选方位
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正断层
逆断层
平移断层
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（4）其它小构造 容易确定σ1小构造有：劈理、片理、片麻理、构 造缝合线、构造透镜体、石香场构造等； 容易确定σ2小构造有：窗棂构造、杆状构造、皱 纹线理、交面线理等B型线理； 容易确定σ3小构造有：拉长线理、矿物生长线理、 压力影构造等。 （5）遥感图象解析法 遥感图象解析可获取露头区线性构造分布规律， 以此来恢复区域构造应力场，减少野外工作量。
正断层力学性质的构造应力分析
正 断层 力 学 性 质 的构 造 应 力 分 析
王 恩 营
（ 南 理 工 大 学 资 源 环 境 学 院 ，河 南 焦 作 河 ４４０ ） ５ ０ ３
摘 要 ：煤 层 正 断 层 是 地 台 区煤 层 中 常 见 的 一 种 构 造 类 型 ，在 矿 井 突 水 淹 井 、煤 层 瓦 斯 赋 存 和
从 实 际情 况来 看 ，断层 一般 形成 在地 下 围压 很 大 的条 件 下 ，在 压 应 力 作 用 下 ，主要 形 成 剪 性 破
裂 ，只有在 张应 力作 用下 才形 成张 性破裂 ；因此 ，尽 管岩石 的抗 张强 度远 小于 抗剪 强度 ，但 由于受环 境 围压条 件的作 用 ，岩石 中更 多形 成 的是剪 切破 裂 ，而不 是张破 裂 ．例 如 ，岩石 中 的节 理 主要 为剪 节
理 ，张节理 比较 少见 ．节 理 的性质 尚且 如此 ，由张节理 进一 步发 育所 形成 的典 型 张性断 层更 为少 见 ．
收稿 日期 ：２ ０ —卜１ ；修 回 日期 ：２ ０ —２１ ０ ６１ ３ ０ ６１—０ 基 金 项 目 ：国 家 “ 五 ” 科 技 攻 关 项 目 （Ｏ ５ Ａ １Ｂ ３ Ｏ 十 ２ＯＢ ８３ ０１） 作 者 简介 ：王 恩 营 （９ ３） １ ６ 一 ，男 ，河 南 新 乡人 ，博 士 生 ，副 教 授 ，主 要从 事 煤 矿地 质 与煤 矿 安 全 的 教 学 与 研 究 工 作
２ 正 断 层 力 学 性质
脆性 正断层 是地 台 区一种 常 见 的 构造 类 型 ．一般 认 为 正 断层 为 张性 ，并 具 有 张 性 断 层 的 一 般 特 棱 角 状 ，排 列 杂 乱无 章 ，没 有 强 烈 积 压 形 成 的
煤 与 瓦斯 突 出等 矿 井 灾害研 究及煤矿 生 产 中具有 重要 意义 ．作 者用 力 学分析 的方 法研 究 了正 断层 形成 的两种 应 力状 态 ，指 出正 断层 具有 张性 和剪性 两种 力 学性质 ，并 以剪性 为主 ；构造
简述构造应力的基本特点
简述构造应力的基本特点摘要：一、构造应力的概念二、构造应力的基本特点1.普遍性2.长期性3.复杂性4.区域性5.动态性三、构造应力对工程地质的影响四、构造应力的应用领域正文：构造应力是地壳中岩石因地球内部力作用而产生的应力。
它在地球表层和地下深处广泛存在，对工程地质、地震活动、地貌发育等具有重要影响。
本文将简述构造应力的基本特点及其对工程地质的影响。
一、构造应力的概念构造应力是指在地壳中，由于地球内部力作用而使岩石产生的应力。
它主要包括地壳内部的挤压力、地壳与地幔之间的剪切力以及地壳表面的张力。
构造应力是地球内部动力在地表和地下表现的一种形式，对地球表层地貌、地质构造、地震活动等具有控制作用。
二、构造应力的基本特点1.普遍性：构造应力在地壳中无处不在，无论是大陆板块边界、大洋中脊还是盆地内部，都存在构造应力。
2.长期性：构造应力的作用时间跨度很大，从几百万年到几亿年不等。
在地壳运动的过程中，构造应力会持续地对岩石产生作用，导致岩石变形、破裂和变形。
3.复杂性：构造应力的产生和作用受到多种因素的影响，如地球内部物质分布、地壳与地幔之间的相互作用、地表地形等。
这使得构造应力的研究具有很高的复杂性。
4.区域性：构造应力的分布具有明显的地域性特点，不同地区的构造应力场受到地球内部动力和地表地形的影响。
因此，研究构造应力时需要充分考虑区域地质背景。
5.动态性：构造应力是地球内部动力系统的一部分，随着地球内部物质的运动和变形，构造应力也会发生相应的变化。
这意味着构造应力场的研究需要关注地球内部动力学的最新进展。
三、构造应力对工程地质的影响构造应力对工程地质具有显著影响，表现在以下几个方面：1.控制地貌发育：构造应力作用下的岩石变形和破裂，直接影响着地表地貌的发育和演化。
2.影响地质灾害：构造应力是地震、滑坡、泥石流等地质灾害的主要诱因。
了解构造应力的分布和变化，有助于预测和防范地质灾害。
3.指导矿产资源勘探：构造应力与矿产资源的分布密切相关。
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矿物可作为温度计、压力计，进而反演矿物变形时的物理环境。 它主要是利用物理化学中的自由能判据进行分析。当新生矿物的克 分子体积比原始矿物的克分子体积小时，增加压力就有利于新生矿 物的形成。这说明，在高压下，新生矿物比原始矿物更稳定。因此， 根据矿物相可以判定压力水平。同理，有的矿物在化学变化中要放 热形成新矿物，有的则需吸热而形成新矿物。因为从热力学出发可 以分析，一些矿物在高温下稳定，另一些则在低温下稳定。这就可以 根据矿物相判定其温度水平。目前，研究较多的矿物温度计、压力计 有长石、辉石、石英、角闪石，云母、石榴石、方解石，白云母等。
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上述这些实际问题，是很值得那些讨论应力场的学者们考虑的。
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区把内它要各们得点联到的系一应到个力具地状体区态的的；变二应形是力整把场体分，中需散去要的研两各究方点。面的的资工料作综：台一起是来确分定析该，地即 进行这方面的工作有两种思路和途径。一种是从演绎法出发，
如认为地球上的应力和变形是由某种机制引起的，由此推出各点的 应力大小与方向。另一种是综合法，即把在各点测量得到的应力资 料收集起来，综合讨论变形的形式和应力场的分布。当然，前者的推 演也必须与具体点上的测量结果对比，以求得验证。因此，我们叙述 的方法是从点到面的综合法。现代应力场不等于古应力场。以下拟 从古应力场研究方法，现代应力场研究方法，物理模拟及数学模拟 等几个方面进行一些讨论。
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方形能向的根1一ε据˙才. 致变上与时形面σ的的有讨情大关论况小。的因。推是但此测主塑只应应性能力变变根的ε1形据大，的ε变小2，ε形。大ε情3小的况与方推σ向大测与小古主无应应关力力，的σ只方1，有向σ塑2，，性而σ3变不的 时代2是. 否当相把同在。不讨同论点每上个观点测的到变的形应时力，方必向须联注系意起寻来找时能，说必明须变注形意发其 生时间区间的标志。
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3. 分析各点变形之间的联系，必须注意考虑产生变形的模式和 变形的序次。
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为了从显微构造中寻找古应力的方向和大小，往往要在已知温 度、压力、应变速率的条件下进行实验，研究岩石中保存的微观结 构，并得出相应的函数关系。然后，对自然界中取自地壳不同深度、 不同部位的岩石进行显微结构分析，来推测可能的应力状态。例如， 从玄武岩、金伯利岩中取出从深部带上来的包体，研究其中的矿物 结构，从而推测应力随深度的变化。从断层带不同部位取样，研究各 部位曾受到的应力大小，变形的温度、压力条件等。
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应料力去知构首推道先造测得，应区地却力域应很场的力少的情测,研况而量究，全费这是面用很十综高可分合，能重地数是要分据不的析有对，应限的但力，。是场往我的往们工是对作利岩更用石少局圈。部(原地测因球量如)的的下资: 分一量个，其最方至次后面多。，，不应应超力力过测测4量量个中涉分有及量6很，个多很独专少立门能分技得量术到，，6一个使种分用方量某法。种往这方往也法只是的能需测测要量出推人1测-员2个的， 往往并不熟悉用其它方法取得的结果。
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图7.2给出了由28个中新世N后的火山群或火山区推断出的当代 应力系统中水平最大主应力的方向。由图可见，在阿留申岛弧区, 阿 拉斯加半岛火山岩墙的优势排列方向为北西向，和太平洋板块与北 美板块碰撞的方向一致。这样，由岛弧区火山系推断的水平最大压 应力方向平行于区域构造应力方向。在弧后区，阿拉斯加白令海棚 区岩墙密集带的优势方向是东西向，它可能相当于B轴，共垂直方向 是P轴，南北方向是T轴。这说明岛弧的火山带是在板块碰撞的压应 力作用下形成的。这种压应力可能由俯冲引起，并可通过整个岛弧 结构传递。