No3-3 第3章 地质构造分析力学基础
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
强度极限是指常温常压下使固体物质开始破坏时的应力值。
❖ 同一岩石在不同方式的力的作用下，其强度差别较大，一般岩石 的抗压强度大于抗剪强度和抗张强度，即抗压强度约为抗张强度 的30倍、为抗剪强度的10倍。
一、岩石的变形习性
岩石的变形特征和岩石的强度反映岩石的力学性质。
❖ 一般称断裂前的塑性变形量在5％以下的材料为脆性材料； ❖ 断裂前的塑性变形量在10％以上的材料，称为韧性材料。 ❖ 脆性材料在弹性范围内或弹性变形后立即破裂，即在破裂前没
地质构造分析的力学基础
❖应力 ❖应变 ❖岩石的变形习性
岩石的变形习性
➢岩石的变形习性； ➢影响岩石变形习性的
wk.baidu.com因素。
一、岩石的变形习性
1. 实验条件下的岩石变形习性
岩石与其它固体物质一样，在外力持续作用下，一 般都经历了三个阶段的变形：
❖ 弹性变形 ❖ 塑性变形 ❖ 断裂变形
一、岩石的变形习性
剪切破裂莫尔圆图解表明，该切点并不是最大剪应力作用的截面，而是 一个剪应力值略小于最大剪应力的截面，但其上的压应力值要比最大剪应力 面上的压应力小得多，该截面阻碍剪裂发生的抵抗力也小很多，在这个截面 上最易产生剪切破裂。由图6—5可见，剪裂角θ＝45º－φ／2。许多岩石的 内摩擦系数卢在0.5—0.6之间，即θ为30º左右，所以剪裂角θ约为30º。这与 实际所见的大多数共轭剪裂面之共轭剪裂角成60º左右是吻合的。
应力。μ为岩石的内摩擦系数，是直线方程中直线的斜率，如以直线 的斜角φ表示，则μ=tanφ，因此上式可写成：
∣τ∣＝τ0+ σntanφ (6—2)
这就是库仑剪破裂准则的关系式。φ是岩石的内摩擦角。
一、岩石的变形习性
在应力坐标系中
∣τ∣＝τ0+ σntanφ
是一对斜率为± tanφ的直线， 与莫尔应力圆相切，切点代 表了一对剪切破裂面的方位 和应力状态 。
1) 弹性变形
定义： 岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢 复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形。
主要特点 应力与应变成正比，符合虎克定律，具有如下线性关系：
σ=Ee
式中E为弹性模量或称杨氏模量。
一、岩石的变形习性
➢ 弹性变形是变形 初始阶段一段斜 度较大的直线， 表明随应力增加， 应变成正比增加。
❖ 在围压与温度增高情况下，宏观脆性破裂是以剪切占优势，
❖ 当围压与温度增加得较多，使岩石变形达到脆—韧性时， 剪切破裂常是由一个相当多徽裂组成的强烈变形带，而不 形成单个的划分性剪裂 。
一、岩石的变形习性
库仑—莫尔破裂准则
❖ 当岩石发生剪切破裂时，常沿两组剪裂面破坏，其交 线平行于中间应力σ2的方向，两面间的锐角常被最大 主应力σ 平分。
称张裂。张裂的位移方向垂直于 破裂面；
▪ 另一种是以略小于45º的角度斜交 挤压方向(σ1)，它是受小于45º的共 轭剪切作用而顺裂面滑动所产生 的破裂，称剪裂。
一、岩石的变形习性
温、压与岩石的破裂习性
❖ 在常温常压或稍有围压的情况下，岩石表现为脆性，以张 裂形式破裂；
❖ 当围压与温度比常温常压略有增高时，无论是在三轴压缩 还是在三轴拉伸的实验中，均在岩样边缘出现局部的剪切 破裂，而在大范围内仍以张性破裂为主。
一、岩石的变形习性
➢ 库伦对剪裂角小于45º的解释是：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，而且还与作用在该截面上的正应力有 关，设产生剪裂的极限剪应力为τ，则有如下关系式：
∣τ∣＝τ0+μσn (6—1)
式中τ0是当σn＝0时的岩石抗剪强度，称为内聚力，对于某一种岩石
而言是一个常数，即为该直线方程中直线的截距。σn为剪裂面上的正
应变硬化 应力撤除
总的永久变形
一、岩石的变形习性
σˊ 大于σ
y
y
再施同样应力
应变硬化可 以看作其屈 服强度随递 进变形而连 续增高。
一、岩石的变形习性
❖ 应力—应变曲线过屈服点后，如果是 水平的，即曲线的斜率为零(图6－2)， 这就意味着在恒定应力作用下发生塑 性变形。具有这种塑性变型的岩石称 为完全塑性材料。
➢ 完全弹性变形很 难在地质体中保 留。
一、岩石的变形习性
2) 塑性变形
定义：
随着外力继续增加， 变形继续增大。当应力超 过岩石的弹性极限后，再 将应力撤去，变形岩石已 不能完全恢复原来的形状， 保留一定的永久变形，这 种变形称为塑性变形。
弹性极 限
一、岩石的变形习性
屈服应力
屈服 点
继续增加应力
构造地质学
Structural Geology
Structural Geology 第三讲
地质构造分析的
力学基础
第二讲
思考讨论题
❖ 什么是线应变，剪应变？挤压/拉张力或 剪切力与线应变和剪应变是怎样联系的？
❖ 应变椭球体中的主应变面（XY，YZ， AZ）面与主应力有什么关系？
❖ 递进变形的概念对构造分析有什么意义？
❖ 塑性变形有时可以理解为岩石在高于 屈服应力作用下的一种连续固态流动， 这种变形在地壳中广泛发育，如各种 样式的褶皱是塑性变形的主要表现形 式之一 。
一、岩石的变形习性
3) 断裂变形
定义：
任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达到强度极限 时，岩石就会失去连续的完整性，产生破坏，即断裂变形。 断层、节理都是岩石受力后产生的断裂现象。
1
❖ 剪裂面与最大主应力σ1方向之间的 夹角θ称为剪裂角。包含最大主应 力σ 的两共轭剪裂面之间的两面角
1
2θ称为共轭剪裂角，简称共轭角。
一、岩石的变形习性
❖ 从单轴的应力分析可知， 在与主应力成45º的斜截 面上，剪应力值最大，似 乎剪切破裂最可能沿这些 面上发生。
❖ 但从野外观察和室 内实验都证实，岩 石的剪裂角小于45º， 共轭剪裂角小于90º， 通常约60º左右。
有或有极小的塑性变形，材料的这种性质称为脆性，这种破裂 称为脆性破裂。 ❖ 在常温常压下多数岩石表现为脆性，但在温度和围压增高的条 件下岩石常表现出一定的韧性。图6—3表示岩石试样从脆性到 韧性的一系列变化现象。
一、岩石的变形习性
一、岩石的变形习性
2. 岩石的脆性破裂
当应力达到或超过岩石的强度时，岩石内部因结合 力丧失而产生破裂。岩石的破裂有两种方式： ▪ 一种是垂直拉伸方向(σ3)的破裂，
❖ 同一岩石在不同方式的力的作用下，其强度差别较大，一般岩石 的抗压强度大于抗剪强度和抗张强度，即抗压强度约为抗张强度 的30倍、为抗剪强度的10倍。
一、岩石的变形习性
岩石的变形特征和岩石的强度反映岩石的力学性质。
❖ 一般称断裂前的塑性变形量在5％以下的材料为脆性材料； ❖ 断裂前的塑性变形量在10％以上的材料，称为韧性材料。 ❖ 脆性材料在弹性范围内或弹性变形后立即破裂，即在破裂前没
地质构造分析的力学基础
❖应力 ❖应变 ❖岩石的变形习性
岩石的变形习性
➢岩石的变形习性； ➢影响岩石变形习性的
wk.baidu.com因素。
一、岩石的变形习性
1. 实验条件下的岩石变形习性
岩石与其它固体物质一样，在外力持续作用下，一 般都经历了三个阶段的变形：
❖ 弹性变形 ❖ 塑性变形 ❖ 断裂变形
一、岩石的变形习性
剪切破裂莫尔圆图解表明，该切点并不是最大剪应力作用的截面，而是 一个剪应力值略小于最大剪应力的截面，但其上的压应力值要比最大剪应力 面上的压应力小得多，该截面阻碍剪裂发生的抵抗力也小很多，在这个截面 上最易产生剪切破裂。由图6—5可见，剪裂角θ＝45º－φ／2。许多岩石的 内摩擦系数卢在0.5—0.6之间，即θ为30º左右，所以剪裂角θ约为30º。这与 实际所见的大多数共轭剪裂面之共轭剪裂角成60º左右是吻合的。
应力。μ为岩石的内摩擦系数，是直线方程中直线的斜率，如以直线 的斜角φ表示，则μ=tanφ，因此上式可写成：
∣τ∣＝τ0+ σntanφ (6—2)
这就是库仑剪破裂准则的关系式。φ是岩石的内摩擦角。
一、岩石的变形习性
在应力坐标系中
∣τ∣＝τ0+ σntanφ
是一对斜率为± tanφ的直线， 与莫尔应力圆相切，切点代 表了一对剪切破裂面的方位 和应力状态 。
1) 弹性变形
定义： 岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢 复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形。
主要特点 应力与应变成正比，符合虎克定律，具有如下线性关系：
σ=Ee
式中E为弹性模量或称杨氏模量。
一、岩石的变形习性
➢ 弹性变形是变形 初始阶段一段斜 度较大的直线， 表明随应力增加， 应变成正比增加。
❖ 在围压与温度增高情况下，宏观脆性破裂是以剪切占优势，
❖ 当围压与温度增加得较多，使岩石变形达到脆—韧性时， 剪切破裂常是由一个相当多徽裂组成的强烈变形带，而不 形成单个的划分性剪裂 。
一、岩石的变形习性
库仑—莫尔破裂准则
❖ 当岩石发生剪切破裂时，常沿两组剪裂面破坏，其交 线平行于中间应力σ2的方向，两面间的锐角常被最大 主应力σ 平分。
称张裂。张裂的位移方向垂直于 破裂面；
▪ 另一种是以略小于45º的角度斜交 挤压方向(σ1)，它是受小于45º的共 轭剪切作用而顺裂面滑动所产生 的破裂，称剪裂。
一、岩石的变形习性
温、压与岩石的破裂习性
❖ 在常温常压或稍有围压的情况下，岩石表现为脆性，以张 裂形式破裂；
❖ 当围压与温度比常温常压略有增高时，无论是在三轴压缩 还是在三轴拉伸的实验中，均在岩样边缘出现局部的剪切 破裂，而在大范围内仍以张性破裂为主。
一、岩石的变形习性
➢ 库伦对剪裂角小于45º的解释是：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，而且还与作用在该截面上的正应力有 关，设产生剪裂的极限剪应力为τ，则有如下关系式：
∣τ∣＝τ0+μσn (6—1)
式中τ0是当σn＝0时的岩石抗剪强度，称为内聚力，对于某一种岩石
而言是一个常数，即为该直线方程中直线的截距。σn为剪裂面上的正
应变硬化 应力撤除
总的永久变形
一、岩石的变形习性
σˊ 大于σ
y
y
再施同样应力
应变硬化可 以看作其屈 服强度随递 进变形而连 续增高。
一、岩石的变形习性
❖ 应力—应变曲线过屈服点后，如果是 水平的，即曲线的斜率为零(图6－2)， 这就意味着在恒定应力作用下发生塑 性变形。具有这种塑性变型的岩石称 为完全塑性材料。
➢ 完全弹性变形很 难在地质体中保 留。
一、岩石的变形习性
2) 塑性变形
定义：
随着外力继续增加， 变形继续增大。当应力超 过岩石的弹性极限后，再 将应力撤去，变形岩石已 不能完全恢复原来的形状， 保留一定的永久变形，这 种变形称为塑性变形。
弹性极 限
一、岩石的变形习性
屈服应力
屈服 点
继续增加应力
构造地质学
Structural Geology
Structural Geology 第三讲
地质构造分析的
力学基础
第二讲
思考讨论题
❖ 什么是线应变，剪应变？挤压/拉张力或 剪切力与线应变和剪应变是怎样联系的？
❖ 应变椭球体中的主应变面（XY，YZ， AZ）面与主应力有什么关系？
❖ 递进变形的概念对构造分析有什么意义？
❖ 塑性变形有时可以理解为岩石在高于 屈服应力作用下的一种连续固态流动， 这种变形在地壳中广泛发育，如各种 样式的褶皱是塑性变形的主要表现形 式之一 。
一、岩石的变形习性
3) 断裂变形
定义：
任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达到强度极限 时，岩石就会失去连续的完整性，产生破坏，即断裂变形。 断层、节理都是岩石受力后产生的断裂现象。
1
❖ 剪裂面与最大主应力σ1方向之间的 夹角θ称为剪裂角。包含最大主应 力σ 的两共轭剪裂面之间的两面角
1
2θ称为共轭剪裂角，简称共轭角。
一、岩石的变形习性
❖ 从单轴的应力分析可知， 在与主应力成45º的斜截 面上，剪应力值最大，似 乎剪切破裂最可能沿这些 面上发生。
❖ 但从野外观察和室 内实验都证实，岩 石的剪裂角小于45º， 共轭剪裂角小于90º， 通常约60º左右。
有或有极小的塑性变形，材料的这种性质称为脆性，这种破裂 称为脆性破裂。 ❖ 在常温常压下多数岩石表现为脆性，但在温度和围压增高的条 件下岩石常表现出一定的韧性。图6—3表示岩石试样从脆性到 韧性的一系列变化现象。
一、岩石的变形习性
一、岩石的变形习性
2. 岩石的脆性破裂
当应力达到或超过岩石的强度时，岩石内部因结合 力丧失而产生破裂。岩石的破裂有两种方式： ▪ 一种是垂直拉伸方向(σ3)的破裂，