地质构造力学分析
构造地质学——地质构造分析的力学基础
第三章地质构造分析的力学基础一、力和体力1、力：物体相互间的一种机械作用2、接触力：物体与物体间的作用力3、面力：作用在物体表面的接触力4、应力集中：接触面积与物体边界面积比量级很小时，即集中5、体力：非接触力作用在物体内部每一支点上时，为体力二、外力和内力1、外力：外界物体向研究物体施加的作用力2、内力：外力作用引起的物体内部各点之间的相互作用力三、应力、正应力、剪应力1、应力：在外力作用下，物体内任一截面单位面积上的受力大小2、正应力：垂直截面的应力，以σ表示3、剪应力：平行截面的应力，以τ表示四、主应力、主方向、主平面1、主应力：某一截面上只有正应力，没有剪应力时的正应力2、主方向：主应力的方向3、主平面：垂直于主应力的平面五、应力椭球体和应变椭球体1、应力椭球体：σ1—最大压（最小拉）应力轴；σ2—中间应力轴；σ3—最小压（最小拉）应力轴故：σ1＞σ2＞σ32、应变椭球体：A(X)—最大应变轴；B(Y)—中间应变轴；C(Z)—最小应变轴六、应力分析简介1、常见的应力状态：单轴应力状态：一个主应力不为零，其余两个均为零双轴应力状态：一个主应力为零，其余两个均不为零三轴应力状态：三个主应力均不为零，且σ1＞σ2＞σ32、二维应力状态分析（平面应力状态分析）若：有两轴主应力（σ1，σ2 ）作用在斜截面（AB ）上，且σ1＞σ2，σ3 = 0；分析斜面（AB 面）上的应力状态。
规定：α—AB法线与σ1的夹角，AB线—AB 面的截线，单位长度（=1）∵AB = 1，∴OA = sin α, OB = cos α又∵σ= P / A , P = σA∴在OA 面上的正应力P2 = σ2 OA = σ2 sin α,在OB 面上的正应力P1 = σ1 OB = σ1 cos α（1）在垂直AB面上的力：为P1 和P2 的分力之和：即：Pn = P1n + P2n = P1 cosα+ P2 sinαAB面上的正应力：σα= P1 cosα+ P2 sinα= σ1 cosαcosα+ σ2 sinαsinα= σ1 cos 2 α+ σ2 sin 2ασ1 + σ2 σ1 - σ2= ————+ ————cos 2α（1）2 2（2）在平行AB面上的力：Pt = P1 sinα+ P2 cosαAB面上的剪应力：τα= σ1 cosαsinα+ σ2 sinαcosασ1 - σ2= ————sin2α（2）2讨论：由（1）：当α= 0 时，cos 2α= 1；σα= σ1 （最大）；σ2 不起作用说明：垂直该面的应力对该面作用最大平行该面的应力对该面无作用由（2）：当α= 0 时，τα= 0当α= 90°时，τα= 0 （2 α= 180 °）当α= 45°时，τα达最大值（2 α= 90 °）σ1 - σ2即：τα= ————2说明：与主应力呈45 °的面上剪应力最大，易产生剪切面。
地质构造分析的力学基础
九、旋转变形和非旋转变形
根据代表应变椭球体主轴方向的物质线
在变形前后方向是否改变，把变形分为：
非旋转变形 irrotational deformation
主轴方向的物质线在变形前后不改变
旋转变形 rotational deformation
主轴方向的物质线在变形前后方向改变
τ
l2 l1 l0
数学证明，单位圆球体变形后成为椭球，并
且，3各垂直的主轴只有线应变无剪应变
单位球体经均匀变形后成为的椭球体称为应
变椭球strain ellipsoid，这个椭球的轴率 和空间方位可以用来表述应变的大小和方向
XY面 ＝ YZ面 ＝ X方向＝ Y方向＝
压性面；褶皱轴面、片理面 张性面；张节理 最大拉伸方向 中间应变轴
体变
地质意义
断层主要是平移
推覆体主要是平移
瑞士 Alps morcles napple
J K
E
形变韧性剪切带的两盘 位移引起剪切带内 的变形
形变：砾岩的变形
形变泥岩变形和变质成板岩，退色斑变形
二、应变的概念与度量
应力与应变 应力stress状态 是指某一瞬间作用 于物体上的应力分布情况，应力场是 随时间而变化的。 应变strain 是指物体在变形前后状 态的比较，是经过一段时间的变形后 两种状态的比较。
应力与应变为因果关系
应变两种方式：线应变和剪应变
线应变：长度变化 剪应变：角度变化
（1）线应变（e）及其表示方法
变形后单位长度的改变量
e=(l’-l)/l 平方长度比（ λ ） λ=( l’/l)2=(1+e)2 自然应变（ε） ε=∫ll’dl/l＝ln(l’/l)＝ln(1+e)
地质构造之力学基础(应变分析)
§2 应变分析
（三） 岩石变形的阶段
有关岩石在应力作用下的变形行为的多数资料是通过岩石变形实验得来的, 岩石在 外力的作用下, 一般都会经历弹性变形、塑性变形、断裂变形等三个阶段。这三个阶段依 次发生, 但不是截然分开的, 而是彼此过度的。 1. 弹性变形:
(1) 弹性变形:岩石在外力作用下变形, 当外力解除后, 岩石又恢复到变形前的状态, 这种变形行为叫弹性变形
2.线应变:物体内某方向上单位长度的改变量叫线应变.
一杆件受纵向拉伸变形, 设杆件原长为l0, 拉伸变形后的长度为l, 那么, 杆件绝对
伸长为:
△l=l－l0 纵向线应变定义为: ε =(l－l0)/ l0 即 ε = △l / l0
实验证明, 杆件拉伸变形, 不但有纵向伸长变形, 同时还有横向缩短变形。设杆
韧性: 岩石在断裂前的 塑性变形量超过10%
§2 应变分析
（四） 剪裂角分析 在岩石变形实验中发现, 岩石受到挤压力的作用, 会在与挤压力方向成
一定交角的位置形成一对剪切破裂, 由于这一对剪切破裂是受同一作用力而形成 的, 构造地质学中称这一对剪切破裂为共轭剪切破裂。
当岩石发生共轭剪切破裂时, 包含最大主应力σ1象限的共轭剪切破裂 面中间的夹角称为共轭剪切破裂角（2θ）
最大主应力轴σ1作用方向与剪切破裂面的夹角称为 剪裂角（θ）.
§2 应变分析
二维应力状态的应力分析可知, 两组最大剪应力作用面与最大主应力轴σ1或最小主 应力轴的夹角均为45°, 二剪裂面之间的夹角为90°, 二剪裂面的交线是中间应力轴s2的作 用方向。
但从野外实地观察和室内岩石实验来看, 岩石内两组共轭剪裂面的交角常以锐角指 向最大主应力σ1方向, 即包含σ1的共轭剪切破裂角常常小于90°, 通常在60°左右, 而共轭 剪切破裂的剪裂角则小于45°, 也就是说, 两组共轭剪裂面并不沿理论分析的最大剪应力 作用面的方位发育, 这个现象可用库伦、莫尔强度理论来解释。
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
No3-3 第3章 地质构造分析力学基础(三)
如图所示的大理岩变形实验应力—应变曲线表明： 在低围压下，岩石基本上表现为脆性，在较低的应力差 下就会发生脆性破坏。 当围压超过1000×105Pa时，其弹性极限和强度极限都大 大提高，增强了韧性而不容易破裂。其原因是：围压增大可 使固体物质的质点彼此接近， 内聚力增强。 可见，在近地表条件下， 岩石断裂相对容易发育。而 在地下深处，褶皱就相对容 易发育。
4.孔隙压力的影响
岩石孔隙内流体的压力称为孔隙 压力。实验证明，孔隙压力降低了围 压的作用。 如图所示，由g降到a点，岩石中 孔隙压力增大，岩石的屈服极限和强 度极限都随之降低，易于破裂。 这种现象称为应变软化，即使 岩石在较小的外力作用下就能发生 较大的变形。
5.时间的影响因素
1）应变速率 沥青、麦芽糖等韧性物质，在快速冲击力的作用下会像脆 性物质一样破碎，但如果缓慢地对它们施加压力则会发生塑性 变形。由此可见： 应变速率高时，岩石屈服极限高，表现为脆性变形； 应变速率低时，岩石屈服极限低，表现呈塑性变形。 2）重复受力 事实表明：多次重复受力，物质容易变形。例如：多次 击打岩石，虽然作用力不是很大，也可能使之破裂。
2.地质条件下的岩石变形持续的时间是长期的，通常以百 万年为单位，有的是多期次反复作用的，因此时间因素对岩石 变形的影响具有关键意义。正如吉格奈格斯(Gignoux)所言： “只要有足够的时间，任何岩石在任何应力下都能够流动。”
复 习 题
围压、温度、孔隙流体、孔隙压力等因素， 分别对岩石变形有怎样的影响？ 名词解释：松弛、蠕变。
第三节 影响岩石力学性质 与岩石变形的因素
影响岩石变形的因素包括岩石本身成分、结构构造的因 素，也包括环境因素。这里介绍一些环境因素（岩石变形时 的物理化学条件：围压、温度、孔隙流体、孔隙Байду номын сангаас力、时间 等外部因素）对岩石变形的影响的知识。
构造地质学——地质构造分析的力学基础
结论: 在距主应力面45°的截面
上(即a=45°的截面上), 正应 力等于主应力的一半。剪应力 值也等于主应力的一半，并且 最大。在两垂直的截面 （ α=45° 和α=-45° ）上剪 应力互等, 剪切方向相反。
结论: 在平行于单轴作用力的截
面上,既无正应力, 也无剪应力
一、 应力分析
(s1 - s2) cos2a /2 （7）
t= (s1 - s2) sin2a/2
（8）
一、 应力分析
结论: 在两个互相垂直的截面上的主应力之和为一常量, 且等 于二主应力之和 两个互相垂直的截面上的剪应力值大小相等, 剪切 方向相反, 这一关系称为剪应力互等定律 在与外力垂直的截面上, 存在最大主应力s1 , 剪应 力为零, 即没有剪应力 在与外力平行的截面上, 存在最小主应力s2, 剪应 力为零 在与外力呈45°的截面上, 正应力为二主应力之和 的一半, 剪应力为最大
1
3 2
一、 应力分析
（一）有关力的一些概念
1. 外力: 对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的的 力称为外力。两种类型:
面力: 通过接触面作用于物体的力 体力: 物体内每一个质点都受到的力, 它不通过接触, 而 是相隔一定的距离相互作用, 如太空星球之间的吸引力, 物体 的重力等。 2. 内力: 物体内部各部分之间的相互作用力叫内力。两种类型: 固有内力: 一物体未受外力作用时, 其内部质点之间存在 的相互作用力, 这种相互作用力使各质点处于相对平衡状态, 从而使物体保持一定的形状, 这种力称为物体的固有内力. 附加内力: 物体受到外力作用时, 其内部各质点的相对位 置发生了变化, 它们之间的相互作用力也发生了变化, 这种物 体内部内力的改变量称为附加内力
No3-1 第3章 地质构造分析力学基础
当截面与作用力相垂直时(α＝0º)，该截面上的正应力值 最大，而剪应力值为零。当截面上只有正应力而无剪应力时， 这个截面上的正应力叫主应力，该截面则叫主平面，主应力 作用的方向为主应力轴。
（二）应力分析－－二维应力分析
（一）应力概念－－应力
如果内力Δp与截面ΔA不相垂直，根据平行四边形 法则，可将内力Δp分解为垂直于截面ΔA的分力ΔN和 平行于截面ΔA的分力ΔT。
相应的垂直于截面ΔA的应力σ叫正应力，或称直应 力：
σ＝ΔN/ΔA 平行于截面ΔA的应力τ， 称为剪应力，又叫切应力： τ=ΔT/ΔA
（一）应力概念－－应力
（二）应力分析－－二维应力分析
1、单向受力状态下的二维应力分析
设作用于物体的外力为p，内力为pa(图5—2)，那么垂直 于内力pa的截面mo的单位面积Ao上的应力σ1为：
σ1＝pa/Ao 与 内 力 pa 斜 交 的 任 意截面mn上的面积 Aa合应力σa为：
σa＝pa/Aa
（二）应力分析－－二维应力分析
一、应力
❖应力概念 ❖应力分析 ❖应力场、应力轨迹、
应力集中
（一）应力概念
一、 外力、内力和应力
力是物体间的相互作用，这种作用使物体的 机械运动状态发生改变，包括改变物体的位置、 运动速度、形状和大小等。在说明一个力时，既 要说明它的大小，还要说明它的方向。这种将大 小和方向同时加以考虑的量，在数学上叫做矢量 （或向量）。根据施力物可将力分为内力和外力， 应力是内力的一种。
σf ＝lim(Δp/ΔA)=dp/dA
应力的国际单位为帕斯卡(Pascal)，简称帕(Pa)，即N／ m2，其含意为每平方米面积上所受牛顿力的大小。
一、应力
❖应力概念 ❖应力分析 ❖应力场、应力轨迹、
地质构造力学分析汇总
岩石的结构是指岩石内部颗粒的形状和大小、 排列方式及胶结的紧密程度。一般来讲，颗粒圆 滑、胶结不紧的岩石强度较低；而颗粒细、胶结 紧的岩石则强度大。
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第二章
• （3）岩石的构造
岩石的构造差异直接影响到岩石对受力后变
形的不同反应。
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第二章
2.2 外界因素
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第二章
2. 一点的应力状态
我们把物体受力后其内部任一点各
个截面上的应力分布情况，称为该点的
应力状态。
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第二章
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第二章
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第二章
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第二章
一点的应力状态分为三类：
• 单轴应力状态：
第二章
图2-14 塑性材料拉伸时的应力应变曲线图 σa-比例极限；σb-弹性极限；σc-屈服极限；σd-强度极限；
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第二章
• 3.1 弹性变形
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，
称为弹性变形。弹性变形的主要特点是符
合虎克定律。
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间的关系。
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第二章
图2-4 单轴应力状态分析
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第二章
1
2
(1 cos 2 )
1
2
sin 2
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构造地质学
地学中的地质力学与构造地质学
地学中的地质力学与构造地质学地质力学是研究岩石和地壳变形以及各种地质作用的力学规律和机制的学科，是地球物理学、地质学和力学学科的交叉领域。
构造地质学是研究岩石和地壳运动、变形及其形成的地理普遍规律和地貌发展的学科。
地质力学和构造地质学紧密相关，因为岩石和地壳的变形与运动决定了地质构造的形成和演化。
地质力学是研究岩石变形的学科，其中最关键的问题是材料变形的规律和机制。
岩石材料的变形与其工程材料、金属材料等有很大的差异，这是由于岩石的成分、结构和物理性质的复杂性所决定的。
另外，运动和形变也会对岩石造成影响。
例如，冰川、风化和溶蚀等自然因素的作用将影响岩石的物理性质和变形性质。
因此，地质力学的研究对象包括不同类型和不同环境下的岩石和地壳。
地质构造学是研究地球表面、地壳、岩石层和地壳内部的构造特征、演化历史和形成机制的学科。
在地质构造研究中，构造分析是最主要的工具。
构造分析是通过对构造单元、构造变形和构造发展等方面的研究，揭示地质构造的统计规律和地质历史的形成过程。
地质力学和构造地质学紧密关联。
首先，岩石变形与地质构造的形成和分布密切相关。
地壳的变形和构造发展影响了力学性质和物理性质的分布和变化，而这些又反过来影响岩石和地壳的变形和构造建造。
其次，地质构造学和地质力学的研究结果往往相互印证。
例如，构造地质研究表明，构造作用通常伴随着地震活动，这表明地震产生的应力是由构造变形所引起的。
反过来，地震活动也可以引发地质构造的变化，进而影响到岩石的变形和地壳的运动。
因此，地质力学和构造地质学的研究将为地球系统的演化提供启示，进一步促进地球科学的发展。
最后，地质力学和构造地质学的发展还涉及到地球科学应用的一个重要领域。
在采矿、勘探、开发工程和维护工程等领域，地质力学和构造地质学的研究成果可被广泛应用。
例如，在土地利用和工程设计中，需要考虑到地形、地貌、土地质量和地质构造等因素的影响。
在油气勘探和生产中，地质构造和地质力学知识广泛应用于油气藏的勘探预测、储层建模和开采设计。
地质构造知识点总结
地质构造知识点总结1. 地球内部结构地球内部由地核、地幔和地壳三部分组成。
地核由外核和内核两部分构成，外核处于内核之外，呈液态态，内核呈固态。
地核和地幔之间没有明显的界面，地壳包括陆壳和洋壳两部分，陆壳由花岗岩、沉积岩等构成，洋壳主要由玄武岩构成。
2. 地球内部的热力学特征地球内部的热力学特征主要包括地热、地热流和地热梯度。
地热是地球内部的热量，地热流是指地球内部热量通过地表的输送速率，地热梯度是指单位深度内地温的变化量。
3. 地球内部的构造形态地壳运动是地球内部热力和力学活动的结果，主要表现为板块构造、地震、火山和地形地貌的形成。
板块构造是地壳运动的主导形式，包括板块边界的类型和构造特征；地震是由地球内部构造变形和断裂所引起的地壳振动现象；火山是地球表面喷发的热液岩石或火山灰等物质的通道；地形地貌是地球表面的地形和地貌。
4. 地球内部的构造运动地壳运动主要包括构造运动和地质作用。
构造运动是指地球内部及地壳的构造变动，包括地壳的隆升、沉降、推挤和折叠等变动；地质作用是地球内部和地壳的物质变动过程，包括岩浆活动、岩石圈运动和地震等。
5. 地球内部的构造历史地球内部的构造历史主要包括地质年代和地质事件。
地质年代是指地球内部的构造历史年代划分，包括古生代、中生代和新生代三个时期；地质事件是指地球历史上的重大地质事件，包括地球形成、板块构造和古地理事件等。
6. 地球内部的构造力学地球内部的构造力学主要包括地壳构造力学和板块构造力学。
地壳构造力学是研究地壳内部的构造变形和地震活动，包括岩石的应力应变和破裂性质；板块构造力学是研究地球板块的运动规律和地震活动，包括板块之间的相互作用和相对运动。
地质构造知识点总结到此结束，地质构造是地球内部结构和构造形态的总称，是地球科学中的一个重要分支学科。
地质构造的研究对认识地球内部的结构和演化规律、预测地质灾害和开展资源勘探等具有重要意义。
希望本文所述内容对读者有所帮助。
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
伊茨梁隧道地质构造力学分析及宏观预测研究
依据 上述原理 对伊 茨梁隧道 区域地质 构造 进行地质 力学分 析，得 出与伊 茨梁 隧道 有关 的区域构 造 的空 间展布规律 ，预测 隧道所处 区域 的构造 体系 ；同时对 隧道 进行地质 调查 工作 ，对 新 发现 的小 型构造 形迹进 行地 质力学 分析 ，确 定其 所属构造 体系 ，将 两者 的研究成果 结合起 来 ，对 比分 析 ，得 出所属 主体构造 体系 ，而后对 隧道不 良地质情 况进行宏观 预测 。
宁一 隆化 深 断裂 、 大庙一 娘娘庙深 断裂 和 尚义一 平 泉深 断
Ｆｌ
裂 的断裂 性质 均为压 性 ， 密云一 喜峰 口大 断裂 的断 裂性质 为压 性 断裂 ，后期具 有右 行扭动 的性质 。 （ ）区域 断裂 构造 体系 的确 定 ：由北 东 向的断裂 的 ５ 产状 和 断裂性 质可 判断其 属于新 华夏 系 ； 而走 向近 东西 向 的 断裂属 于纬 向构造 体系 ， 密云一 喜峰 口大 断裂后 期具有 新华 夏系 【的特 征 。 ３ Ｊ
预测 小范 围的构造特 征 ；同时小 的构造 形迹亦可 以分析大 范 围的构 造体系 。而小构 造可 以用来 阐 明 大 型构造 的 构造 型式 ，指 出局 部构造运 动的方 向 Ｉ ，恢复引起 岩石变 形的应力 分布情 况并 揭示 性质
不 同变形 幕 的时间顺序 ，因而对小 型构造 分析是 非常必要 的，也是非常 可行 的构造分析 方法【。 Ｉ ｊ
主体构造体系，而后对隧道不 良 地质情况进行宏观预测。
关键词：伊茨梁隧道 构造体系 宏观预测
中图分 类号 ：４６ ３ Ｕ５ ． 文献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：６３ １１ （０００ —０６ ０ １７—８６ ２ １）３０ １—４
１ 引言
断裂带的地质特征与构造力学分析
断裂带的地质特征与构造力学分析引言：地球是一个极其复杂的系统，有很多地质力学现象可以观察和研究。
其中，断裂带是地震活动频发的区域之一。
本文将探讨断裂带的地质特征和构造力学分析，以加深对地球内部结构和运动规律的认识。
一、断裂带的定义与类型断裂带是地壳中的裂缝或断层带，是由地壳板块之间的相对运动引起的。
根据研究对象和特征，断裂带可以分为几种类型。
例如，拉张性断裂带常见于洋壳扩张区，斜展性断裂带则出现在弧后盆地，挤压性断裂带则主要分布在造山带。
二、断裂带的地质特征1. 地表破裂：断裂带通常在地表上呈现破裂状，可以看到断层面的岩层位移。
2. 岩石变形：断裂带中的岩石经历了强烈的构造应力和塑性变形，常常形成奇特的岩石构造，如断层痕迹、鞍褶和推覆体等。
3. 环境变化：断裂带周围地区的地质环境通常会发生显著的变化。
例如，断裂带下方可能具有较深的地热资源，周边地质构造也可能受到影响。
三、断裂带的构造力学分析1. 动力学模型：构造力学分析可以通过建立动力学模型来研究断裂带的形成和演化。
模型考虑了地壳板块的相对运动、应力分布和岩石变形等因素，从而模拟出断裂带的形态和特征。
2. 应力分析：应力分析是构造力学分析的关键环节。
通过分析断裂带周围的应力场分布，可以推断断裂带的承载能力和发生地震的可能性。
3. 断裂能量释放：断裂带的地震活动是断裂能量释放的结果。
通过研究地震的震级和震源机制等信息，可以对断裂带的构造演化和地震危险性进行评估。
结论：断裂带是地质力学中一个重要的研究对象，其地质特征和构造力学分析有助于了解地球内部的构造和运动规律。
通过深入研究断裂带，我们能够更好地预测地震风险，保护人类生命和财产安全。
未来的研究应该进一步深入理解断裂带的形成机制和动力学演化，为地震预测和灾害减轻提供更有效的理论和方法。
参考文献：1. Turcotte, D. L., & Schubert, G. (2014). Geodynamics. Cambridge university press.2. Chen, C.T., Zoback, M.D., & Wong, T.P. (1991). Stress drop, displacement, and stress intensity of Bay Area earthquakes: implications for the potential of earthquake triggering. Bulletin of the Seismological Society of America, 81(2), 488-503.3. Wallace, R. E. (1988). The San Andreas Fault System, California. US Geological Survey Professional Paper, 1515, 61-118.。
第三章地质构造分析的力学基础
第三章地质构造分析的力学基础地质构造是指地球表面上的各种地貌和地质现象，包括山脉、峡谷、断层、盆地等。
地质构造的形成与地球内部的力学作用密切相关，力学是研究物体运动和变形的学科，而地质构造的形成也是地球的运动和变形的结果。
因此，地质构造分析的力学基础对于地质学研究具有重要意义。
地质构造分析的力学基础主要包括地壳力学、板块构造理论和断裂力学。
地壳力学研究地球外强大的应力、应变和物质的变形行为，它是地球科学研究的重要组成部分。
板块构造理论认为地球上的岩石圈被划分为数十个板块，各个板块之间以不同的速度运动，并在板块边界产生各种地质构造。
断裂力学研究地壳中各种断裂的形成和演化，以及断层对地壳的作用。
板块构造理论是地理学和地球物理学的一项重要理论成果。
它认为地球上的岩石圈分为数十个板块，这些板块以不同的速度相对运动，产生了各种地质构造。
板块边界是地壳和上层岩石圈的相对运动相互作用的地方，是地震、火山等地质灾害的主要发生地点。
板块构造理论的提出和发展，对于地壳演化的研究具有重要意义，也为我们认识地球的内部运动提供了重要的依据。
断裂力学是研究地壳中各种断裂的形成和演化规律的学科。
断裂是地壳中岩石断裂的带状区域，主要由岩石受到应力作用而发生的断裂破裂引起。
断裂破裂是地壳形变的重要表现形式，它不仅能改变地壳的形态和构造，还能引起地震的发生。
断裂力学的研究对于地质构造的形成和演化有着重要的理论价值和实际应用价值。
综上所述，地质构造分析的力学基础对于地球科学的研究和地质学的发展具有重要意义。
地质构造的形成与地球内部的力学作用密不可分，地壳力学、板块构造理论和断裂力学是研究地质构造分析的重要理论和方法。
通过对地质构造的力学基础的研究，我们可以更好地认识地球的内部运动和地质构造的形成和演化，对于预测和防治地质灾害、勘探矿产资源等具有重要的指导意义。
因此，加强地质构造的力学基础研究，对于地球科学的发展和地质学的进步具有重要意义。
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。
第三章地质构造分析的力学基础
τ＝
s1cosa sina = 1/2s1 sin2a （3-3）
分析（3-2），（3-3）式有如下特点： 1.从（3-2）式中 ： 当a=0°cos2a=1 则
第三章
地质构造分析的力学基础
σ= σ 1 τ
若a=0°—90°间 cos2a<1 则 < 1 结论：在与主应力方向垂直的截面上正应力值最大
三、岩石变形的阶段 岩石是具有弹、塑、粘、脆等性状的，地应力是如何支 配着变形的发生与发展呢？通过实验分析得到其岩石变形进 化序列如下： （一）弹性变形和阶段 变形程度与外力大小呈正比。 遵循胡克定律σ=E·
ε
应
力
应
变
曲
线
岩石的纯粹弹性变形在 地壳中不易留下变形的痕迹， 因此研究地质构造无直接意 义，但在地震、物探、工程 建筑等诸方面具有重要意义。 如坑道里常发生的岩爆， 就是弹性回跳所致。
2.从（3-3）式中： 当a=0°时， sin2a=0 则 =0 结论:在与主应力方向呈垂直的截面上无剪应力作用 当a=45°或135°时， sin2a=1 则
σσ
τ =½σ
1
结论：在主应力 1呈45°交角的截面上剪应力最大其值为 1的一半 这个剪切面是呈对称出现的，所以在野外常见共轭剪节理存在，就是这个 道理。 当a大于或小于45°， sin2a<1，
图3-1作用于单元体的三个主应力（σ1、σ2、σ3） 及三个主平面（ S1、 S2、 S3）
第三章
地质构造分析的力学基础
Ⅱ、应力椭球体 当主应力σ1>σ2>σ3时，可按一点的主应力矢量为半径作出一 个椭球体称为应力椭球体。 物体中一点的空间应力状态可依应力 椭球体的形状分为以下： 1.三轴应力状态（空间） 自然界中最普遍的 σ1>σ2>σ3≠0 2.双轴应力状态 （平面） σ1>σ2 >σ3=0（双轴压缩） σ1>σ2 =0>σ3 （单面应力） 3.单轴应力状态（线状） 即σ1 >σ2 =σ3=0 地质工作者在一般情形下，对地质构 造现象的分析中，多采用此法，化繁 为简，抓住最初步的规律。如今后要 三轴应力椭球体透视图（A） 讲的褶皱的形成，地堑的形成机制。 和椭球体每一主平面（B）
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构造地质学
第二章
可归纳为两大类：均匀变形和非均匀变形
• 均匀变形指变形物体内各部分变形性质、
方向和大小都相同的变形。
• 非均匀变形指变形物体内各部分变形性质、
方向和大小均不相同的变形。
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第二章
2. 应变
应变是变形量大小的量度，用来度量变形
物体的体积或形状的改变量。 2.1 线应变 物体变形前后的相对伸长或缩短称为线应变。
• 双轴应力状态： • 三轴应力状态：
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第二章
图2-3 三种应力状态 （a）单轴应力状态；（b）双轴应力状态；（c）三轴应力状态
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第二章
3. 单轴应力分析
在单轴应力状态下，变形物体中任意
斜截面上的正应力、剪应力与主应力σ1之
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第二章
下面所涉及的内力指的都是附加内力。
内力随外力的改变而改变，但是这种改变
有一定的限度。当外力增加到一定程度时，物体
遭到破坏而失去平衡。地质构造就是岩层或岩体 受力后发生变形与破裂的结果。
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• 1.2 应力
应力是指物体单位面积上的内力（单位：Pa）。
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• 2.2 剪切应变
物体在剪切力的作用下发生变形，变
形后的任一截面相对其原来的位置发生了
一定角度的旋转，这种应变称为剪切应变
（也叫角应变）。
相互关联的应力迹线构成的网络，叫应力
网络。
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第二章
图2-10 单向拉伸、挤压和剪切的应力网络 (a)单向拉伸;(b)单向挤压;(c)剪切
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第二章
5. 地应力及构造应力场 5.1 地应力 地应力是指在自然状态下组成地壳的岩层、岩体 内部分布的应力。 在地质历史时期中曾经存在于地层岩石内的地应 力，称为古地应力，
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第二章
1.2 岩石变形的基本方式
• （1）拉伸变形： • （2）压缩变形： • （3）剪切变形： • （4）弯曲变形： • （5）扭转变形：
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第二章
图2-11 岩石变形的基本形式 (a)拉伸；(b)压缩；(c)剪切；(d)弯曲（上图为横弯曲，下图为纵弯曲）；(e)扭转
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第二章
任务1 应力及应力分析 • 任务2 变形与应变分析 • 任务3 岩石力学性质及其影响因素分析
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第二章
地壳中的各种地质构造都是岩石在力的作
用下形成的。要研究各种地质构造的几何形态、
组合特征和力学成因，首先必须了解有关岩石 受力变形的基本理论和影响岩石变形的各种因 素，进而分析岩石变形的特征和规律。
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第二章
2. 一点的应力状态
我们把物体受力后其内部任一点各
个截面上的应力分布情况，称为该点的
应力状态。
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一点的应力状态分为三类：
• 单轴应力状态：
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第二章
现代地应力则可以用仪器直接测定，
如在地震地质、矿山开采、工程地质等方
面经常采用仪器直接测定。
重庆工程职
地壳中受力岩层或岩体中，由某一瞬 时应力状态组成的有规律地分布和变化空
间，称为构造应力场。
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P σ A
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第二章
在自然界中，截面A上的应力分布往往是不均
匀的。
F lim A 0 A
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第二章
如果作用力方向与截面斜交时：
图2-2 内力和应力的分解 （a）内力的分解；（b）合应力的分解
任务2
变形与应变分析
第二章
1. 变形 1.1 变形的概念 当物体受到外力作用时，组成物体各 个质点间的相对位置就会发生变化，这种 变化称为变形。
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第二章
当物体受到外力作用后，表现为物体 形状的变化时，称为形变。 当物体受到外力作用后，表现为物 体体积的变化时，称为体变。
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第二章
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第二章
正应力σ可以为压应力，用正值表示；它也
可以为张应力，用负值表示。 剪应力则可以使物体发生剪切滑动。习惯上 规定，使物体有顺时针转动趋势的剪应力为负值 （<0）；使物体有逆时针转动趋势的剪应力则为 正值（>0）。
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间的关系。
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第二章
图2-4 单轴应力状态分析
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第二章
1
2
(1 cos 2 )
1
2
sin 2
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第二章
将上两公式两边平方后相加得：
1 1 2 2 2
2
2
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第二章
莫尔应力圆，简称莫尔圆。
图2-5 单轴应力状态的二维应力莫尔圆
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第二章
图2-8 纯剪应力状态的莫尔圆
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第二章
4. 应力网络与变形图像 应力迹线，就是应力方向变化的轨迹 线，可以是直线，也可以是曲线。由几簇
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第二章
任务1
应力及应力分析
1. 力和应力
力是物体间的相互作用。
1.1 外力和内力
力可分为外力和内力。
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第二章
外力－外部施加于研究对象的力。按外力作用的
方式，外力又分为面力和体力。
内力－物体内部各部分之间相互作用的力。内力 又分为固有内力和附加内力。
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第二章
纵向线应变为： L / L0 横向线变形为：
0 b / b0
图2-12 单向拉伸变形
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第二章
在弹性变形范围内，一种材料的横向线应变 与纵向线应变之比的绝对值为一个常数，这个常 数（µ）称为泊松比，即：
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