第二章 岩石的力学性质

2 ＋ 2 ＝180°
( ＋ ＝90°)
莫尔剪破裂准则
包莫络尔线认：为不：同围压下破 同种岩石的内摩裂擦极限角莫并尔不圆是相常切数的一，而是随
着围压的变化而改对变曲线的。。τn＝f(σn)
应用
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1 3
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可以是面也 可以是带
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当应力超过弹性极限，再将应力撤去，变形
岩石已不能恢复原来的形状，保留一定的永久
变形，即塑性变形。
硬化
蠕变
屈服应力 屈服点
褶皱就是一种 塑性变形的表
现形式之一
（三）断裂变形 任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达 到强度极限时，就会失去连续的完整性，产生 破坏，即断裂变形。
脆性一材般料规在定破：裂前 在没断温有裂度或前和有塑围极性压小变较的形低塑的 情性量况变在下形5，%，常以材表下料现的的为为这脆 性种脆。性性但质材随称料着为；温脆1度0性％和，围 压这以的种上增破的高裂为，称韧岩为性石脆材常性表
＝45°－φ/2
2 ＋ 2 ＝180°
( ＋ ＝90°)
库仑剪破裂准则
1 实际破裂面
φ/2
45°
主平面
最大剪应力作用面
剪裂面与“角” φ——内摩擦角
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
μ为内摩擦系数。
φ 为内摩擦角，μ＝tanφ
τ０
上式可改写成
φ
σ
︱ τ ︱ ＝τ0＋σn· tanφ
φ
库仑剪破裂准则
麻烦的“角”
τ φ τ0
φ
2 2
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
σn 2 ＝90°－φ
第二章 岩石的力学性质与变形习性
第一节 变形和应变
一、实验条件下岩石变形习性 二、岩石的脆性破裂
一、实验条件下岩石变形习性
弹性变形 塑性变形 断裂变形
（一）弹性变形 物体在外力作用下产生变形，当外力解除后， 又完全恢复到变形前的状态。符合虎克定律： σ= E e
应力与应变 成正比
（二）塑性变形
（一）库仑剪破裂准则
Fra Baidu bibliotek
p1
p2 m
σn n
τ
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岩石的抵抗剪切 破裂的能力不仅
p2 与剪应力有关， 而且和作用在该 截面上的正应力 有关！
p1
岩石剪裂极限剪应力： ︱τ ︳＝τ０＋μσn
岩石剪裂极限剪应力： ︱τ ︳＝τ０＋μσn
τ —— 剪破裂发生时的剪应力
τσ０n为—剪—裂当面σn上＝的０正时应岩力石。该的τ＝点抗τ剪剪０应＋强力μ度σ：（n 又称岩石内聚力）
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浅构造层次：相当于0～5km的深度范围，以断层和纵弯褶 皱为主导变形作用是作用。
中构造层次：5～15km，以塑性压扁和韧性剪切变形为主， 发育劈理和面理。该层次顶面以板劈理出现为界，即 板劈理前锋面。
深构造层次：15km以下，主导变形作用是流变作用和深熔 作用。代表性构造是柔流褶皱和韧性剪切带，深部发 生混合岩化，甚至形成深熔花岗岩。
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Sibson断层双层结构模式
岩石力学性质随地壳深度而变化，同一断层的变形行为在不同深 度表现不同，浅部以产生碎裂岩的脆性变形为主，深部以产生糜 棱岩的韧性变形为主。其间的转换带为脆韧性转换带，石英变形 为主的岩石的转换温度为250～350℃ ，深度大约为10～15km。
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现出一破料定裂。的。韧性。
破裂面
带状
材料的韧性程度不同， 其产生破裂的形式也
不同
二、岩石的脆性破裂
试验和自然界宏观破裂的主要形式
– 张裂——位移方向垂直于破裂面 – 剪裂——位移方向平行于破裂面
张裂面
特点剪：裂面 １）σ1平行于张裂面； ２）σ1是两组剪裂面的平分
线； ３）两组剪裂面相交于σ2轴.
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二、构造层次
随地壳深度增加温度压力升高，引起岩石力学性质变化而 产生的变形性质的垂向分带性。
总体上为上部为脆性破裂变形，向下出现弯曲、压扁和韧性 剪切，最深处为塑性流动变形
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二、构造层次
表构造层次：位于地表，主要表现为断层、断块等脆性变形，由 剪切破裂机制造 成。