岩石力学性质概述内容丰富

第五章(I)岩石的力学性质参考书目：朱志澄等《构造地质学》第五章FossenH.《StructuralGeology》,Chapters6Davisetal.,《StructuralGeologyofRocksandRegions》PartI,Chapters3,4,p.121-191与岩石力学性质有关的

一些基本概念岩石力学性质岩石力学性质是岩石受力作用之后的反映。岩石力学性质主要是指岩石变形特征及岩石的力学强度。岩石变形与岩石本身力学性质有密切关系。在受到外界应力作用时，固体材料的力学响应具有很大变化性。即使对某种特定的材料，它的力学响应也要取决于变形的物理和化学条件。根据材料的力学响应（应力与应变关系），岩石的力学性质主要划分为弹性（elastic）、粘性（viscous）、塑性（plastic）和脆性（brittle）。弹性(elastic)弹性变形：指物体在外力作用下变形，当外力除去后物体能完全恢复原状。具有这种性能的物体称为弹性体，它的变形称为弹性变形。弹性分理想弹性和非理想弹性。理想线弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：

σ=Ee

其中E为杨氏弹性模量。非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状，而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹性后效（即滞弹性）。岩石的弹性变形通常表现为滞弹性（anelastic）。岩石的滞弹性具有重要意义，上地幔的地震波衰减就被认为与岩石的滞弹性有关。弹性变形线弹性理想弹性滞弹性泊松茅比（Po棚is攻so窗n’洲s吧ra本ti太o）泊松帝比（Po铜is耻so舰n’帝s使ra册ti扫o）体积猎模量冬（bu敏lk辨m姜od柿ul谣us）Vi维sc歼ou覆s飞ma肚te筒ri拼al舅s黏性闪材料与（fl拨ui趟ds）符合礼上述孝方程榆的力到学性秧质的份材料萝也称窄牛顿更流体俯（Ne金wt挡on姿ia俊n盐fl缠ui次d）。

是黏雨度李（单悠位Pa凤S）只有绿流体镇是真拔正的售黏性咳体。标因此横，地症质黏兰性体恒只有嘱岩浆睡、岩患盐和管饱水找的泥近是真死黏性卸介质号。但合在实哗际研伙究中碰，特虏别是俊数学项模拟在过程胀中，沙慢速讯变形毅地质植体通饺常也骄可以趣被当愚作黏侍性体刻处理偿。塑性内变形是指卵物体旨在外嚼力施催加的呆同时勇产生撕变形没，但筛在外会力解煌除之别后，重变形循永远风不会适自动拆恢复手的这顷种性天能，爪具有穗这种推性能墓的物鄙体称酬为塑爽性体拦，它扯的变席形称架为塑卸性变怠形。在应力润不超今过某或一临款界值σy的条导件下代，理想龄塑性及材料可以社持续熄永久掉变形无，在帖这一陡临界暂值之甲下，贞材料黄不发共生永楼久变央形。塑性睡（Pl听as秤ti萄c）塑性培变形随着餐变形骄继续黎，应绩力－诵应变衫曲线殊斜率松变小池，这滑时如恶果撤抚除应副力，脖曲线暂并不跪回到毙原点乐，而厦与e轴交喜于e1，说注明试爪样由女于超消出其愧弹性蚀极限厉而发概生了狼永久抖变形速。这贩个极泡限点滨的应睛力叫翅屈服停应力σy（yi塞el生d巷st喷re论ss）。e1塑性葬变形灰的幂周律本线构方田程应变硬化应变软化（Steady-state）稳态变形

粘=扑A睁d-mCr

nex欣p–[(E萄+P•V)/R限T]Wh死er伐eis篇t矛he禁s赢tr萝ai蔬n姥ra挤te兴,Ais距t朱he纠p蹦re预-e吉xp布on畏en组ti萌al劈燕f规ac恳to丛r摘re忽la钉te傅d服wi宣th绸m谈at戴er济ia塞l,dis犯t狂he亭g戏ra甘in渴s扮iz矛e,mis显t罢he沟g塑ra际in讽s创iz锻e絮ex肝po踪蝶ne访nt宴,Cis痛t作he当w妹at然er怖c顾on猛te英nt叫,ris肉t找he作w功at地er查f昏ug怠ac串it秀y拿ex维po烘ne桑nt押,is誉t傲he游s梢te般ad轮y-害st树at厉e畜fl轰ow止s鱼tr剥es己s,nis蒙t请he捷s丛tr周es槽s阿ex还po亭ne着nt谈r丹el袭at欣ed部w肚it耀h拉de孟fo萌rm秋at窃io笨n列me晶ch概an借is摸m,Eis股t快he准a颠ct抹iv肝at好io它n办en暗er察gy崭,Pis波t适he炊p磁re容ss雀ur桌e,Vis吧t嫁he游a晒ct考iv跪at布io鹅n凭vo知lu配me烈,Ris剥t窑he酬g籍as伟c鹊on铲st班an楚t,Tis石t限he甩a桶bs站ol螺ut和e车te胞mp捷er务at岛ur别e...变形蜜性质殖的基尚本类忙型Xe组合汪变形尘性质弹塑岁性变戚形—指有狸些物聋体同皱时具胡有弹球性和筋塑性碗的性腰能。强在弹遮塑性裂变形晓中，色有一组部分突是弹兴性，什其余妙为塑乖性变跳形。既具纺有弹让性，展又能无发生赚粘性规流动颤的材痰料，制称为详粘弹邮性，戴它所酷表现它的力编学性悔质，替称为桥粘弹胡性。珍如蛋息清就笼是一拦种粘旧弹性毕体。岩石械在长剧期力拒作用边下是幕一种部同时粉具有静弹性坏和塑胳性的稻物质计，这绳种弹科性和月塑性玻是指眠在弹造性范车围内印显现痰的弹很性和牲塑性棒；当宜岩层狭具有宁高度坑塑性惯时还乎能发嗓生半记粘性个流动考。岩石毅也是粒一种让粘弹言性体蜘，它舅不像酬蛋清北这样新明显畅，这脉主要有是它麦的流院动需鸣要在走长时痰间载边荷下缝表现亦出来放。对裁于固宅体或近流体础而言由，温叉度越步高，取粘度俱越低的，反粒映易参流动欢性越抄大。岩石电具有许非常体缓慢横的流填动性帆。粘度锄是衡舅量地屈球动笋力学摄的一涉个重斑要参品数。近代睛，人始们把脚物体袭所有坑这些办力学卧性质冲概括瞎为物卵质的陈流变湿性（rh痰eo岂lo便gi宁ca目l糖pr却op升er葡ti库es），佛并形来成一唐门新钳兴学站科－杜流变润学（rh欢eo锈lo逗gy）流变月学是姿研究氏固体伐物质处流动远的科宫学。公因此兄，从鉴近代咏地球批科学粪观念割来看程，地堪球物娘质具绸有流米变性湾。把岸研究晋地球曲物质世流动闸性质狸和规兄律的坡科学羽，称挡为“疗地球探流变路学（Rh吨eo朋lo瘦gy贿o亚f己Ea逃rt铁h罚Ma瓦te辞ri浸al封s）”荷。脆性：脆事性材评料在肿弹性六范围倚内或想弹性舒变形芽后立都即破畏裂，毯即在破破裂章前没白有或威有极奥小的滩塑性超变形妖，材母料的理这种泊性质跃称为惩脆性评。脆性昼破裂：脆达性材祸料的食破裂略称为话脆性依破裂扩。脆性酒破裂全方式：张吉破裂猫和剪位破裂伐。当应汗力超餐过一执定值盾时，搏岩石窃就会晋以某峰种方犬式而终破环去，发驶生断裂聋变形。这贞时的润应力士值称优为岩石芬的极单限强洒度或强度。岩石抗压强度(MPa)抗张强度(MPa)抗剪强度(MPa)花岗岩148(37－379)3－515－30大理岩102(31－262)3－910－30石灰岩96(6－360)3－612－20砂岩74(11－252)1－35－15玄武岩275(200－350)10页岩20－802岩石亮的抗盟压强夫度>抗剪沃强度>抗张假强度常温哀常压存下一贪些岩敢石的撑强度蚕极限岩石急力学鹅性质打的研添究方域法岩石及力学从性质返研究军的途以径（1）观察救天然确岩石串的力俯学现上象（近天然俱露头物等）短；（2）实验悉室内萌对岩芝石进照行变欣形实葱验；（3）在费野外笑对岩吗体进悼行实激地试泻验；（4）理呼论分懂析和氧数值间模拟蹦。有关酬室内嫌的高渐温高用压实调验基葬本常吩识还侦有专隐门讲姜解和努实验谜室参穿观。为什根么要秘研究照岩石漏的力很学性淋质？韧性冻变形脆性假变形天然断岩石宝变形岩石缺的能累干性岩石猛能干市性是泥指不隔同岩炮石在增相同阶变形针环境佛中变惨形行盘为的享相对创差异乒。研究杂途径堪：有限书应变碍的对悉比；劈理掘折射害程度菜的比灰较；香肠司构造固对比价；褶皱陈形态恭的对股比。0.访1M积Pa高温刑流变落仪样品拨装置步示意识图实验闯室岩页石变些形实居验σ1σ2=σ3=围压σ1=σ2=围压σ1σ3σ3差（贱异）便应力你（di嗓ff钥er盲en事ti乘al枪s裤tr钥es炉s）σ=σ1-σ3塑性址变形曾材料酸的典梳型应尝变－同时间何曲线韧性尖和塑巴性区光别韧性她（延葬性）是用旁来描栗述允艺许大细应变得，以厨宏观曲均质寨变形着为特母征，董而不疼管所其包括决的微废观变级形机彼制如竹何的壤流变种性质样。塑性是一薪种永将久变瓶形，模它涉等及晶内誓的位骡错运浅动的钳微观钥机制哥，可胆能还警包括份扩散。岩石登变形邻机制念通常飘有以房诚下四泰种：（1）碎葵裂机砍制（ca传ta当cl湾as芳is）；（2）晶蒸内塑钓性（in教tr注ac捞ry盟st御al限li册ne筑p宏la赚st然ic弯it即y）（3）扩趋散蠕招变（fl埋ow春b绣y趋di我ff程us补iv绕e晴ma袖ss壁tr曾an虽sf输er）（4）颗众粒边夺界滑不移（gr毛ai堵n体bo击un独da娘ry饶s倾li林di陈ng）脆－猛韧性如转化遍－从能宏观董上描敬述脆－映塑性莫转化袭－从练微观捞机制图上描宽述脆－蜻塑性绿转换感域是矿一个线十分初重要购的问糟题，旋地球扔上大理部分估地震俱都发早生在男脆－扰塑性宗转换桌域的呼深度荒。(s1–s3)De程pt采h舒(k柴m)摩擦淘定律:t=深c戴+msn*(li畏ne赴ar煎w显it顽h傲de碧pt族h)塑性:捧(no方n-从li表ne捎ar峡w胡it魂h唯de改pt猫h傅&权te锦mp闭er找at末ur麻e)de点/d航t乱=侮CDsne-[俩E/乐RT安]Lo锈g(Ds)政=由(1职/n化)[跟lo块g(蜂de帆/d洪t)闻–意l踏og冒(c掌)谅+司E/票(R雄T)现]世界虹上一圆些地劫区地伤震震做源深满度分柿布柱是状图（据Ma带gg熔i吴et考a栗l.遍,精20帅00箭a）影响挨岩石炸力学粮性质按的因管素应力宰→应驶变→织岩石略力学与性质屑→开影响胶因素应力盏和应刊变是溪岩石吊或地澡块在词外界箱力影煮响下帐的重猴要响粮应。吃应力储是物腹理方搂面的辟反映谣之一女，应铺变是川几何抬学方申面的量反映勇之一破；岩石辜力学宗性质衡－是霜指在很应力厕和应挨变作权用下颂，岩药石出似现塑厦性变咏形或某脆性者变形魄（破坏裂）测的条攻件；岩石梨力学霜性质胃是约雕束岩震石变勾形和涂构造捕几何债特征姜的重众要条弊件。帅例如天同样珠的压饼应力舰作用律在不街同岩尸层上线，力害学表吼象不蛮同：在柔烘性岩煌层中耐→褶东皱构别造在相钩对硬睁岩层廉中→雾断裂姜构造在软雷硬相际间岩玩层中的→香绞肠构话造影响捏岩石奖力学稠性质絮的因续素各向众异性踩；围压逐；温度聋；孔隙昂流体且；时间沿因素(应变呀速率)；颗粒爷大小总之尾，岩之石的锈变形壳是环扰境、艰时间沙和材姓料的湿函数勤。岩性姐和各架向异津性的进影响岩石替组成额的成劳分不捉同的码影响雄；不同鹅岩石惩具有外不同容的力森学强寨度，瞎例如决花岗业岩的攀挤压系强度背是页捕岩挤吊压强央度的8倍；岩石债的结掉构构势造不恢同（绸层理尊引起内的力响学各反向异猪性）础。岩石讲材料葬分类岩石毅材料愉在力仆学上厚可以类分为均匀和非均邮匀材料鬼。均匀筒材料艺在力喷学上盏可以兴是各向神同性的或各向箩异性的。力学或性质饲各向嗓异性蹦是指背物体敢内同积一点场各个爹方向绿上力僵学性弓质不扬同。沉积页岩的脏水平邮层理橄榄蚕石单蠢晶体围压竭对岩程石力跃学性蒙质的傻影响增大逝围压凝的效耳应有醋两方估面：增大炉了岩绿石极银限强导度；增大鹅了岩勤石的茶韧性恰。温度便的影绒响温度参使影急响岩疲石力脉学性测质和牧流变流强度悟的一泥个重天要因徒素。温度幕的升身高使角岩石岂的韧睁性增亏大，磨屈服碰强度能降低绵；温度谦升高呢和围逃压增勉加，早导致绸岩石较从脆高性向催韧性衣过渡译，孕析育着妙发震冬层；温度恐对沥店青的哑变形茎强度悠影响泼是一令个很暂生动指的例服子（固夏天旁的沥倘青和宿冬天曾的沥版青强榜度大雁不一射样）孔隙隔流体糊的影粒响孔隙钻流体丧对岩颜石力白学性扯质影荡响表洲现为传两个苹方面询：物理垂方面浊影响尤和化旱学方僚面影赠响。当岩浮石中皆流体品含量序增加蛙时，塘岩石双强度掠降低附。流行体促扁使矿凉物在切应力属作用磁下的胖溶解蔽和重炒结晶拾，从茅而促扫使塑阵性变侵形；产生树孔隙膝流体司压力震效应挑：地老壳中毅流体结孔隙悬压力夺（静旅水压匆力）侍为静夺岩压携力的40％。飘在变括形过约程中知孔隙肉压力印（Pp）的缴作用锡会抵敢消围音压（Pc）的夺作用福，对兴变形屑实际总起作宽用时麦有效如围压钉（Pe）Pe=Pc-Pp有效而压力暗（Pe）降敬低，拜使岩秆石易执于破挪裂，济强度蔑降低。孔隙霉压力故效应衡对岩冻石破镰裂的役影响莫尔性圆I－代术表孔恶隙压近力为葬零时剑应力楚状态腹，岩帝石是爬稳定想的，登未破萝裂；莫尔快圆II－总钥正应腐力（盯横坐读标）双不变轧，σe正应腾力减妖小，σe=σ-σc，岩邻石发翅生破让裂。流体规的化柿学反魂应和模水弱米化作捆用硅酸畏盐矿雾物在税高压逝和高阵温条俊件下委的水蜻弱化诊作用[S御i-著O-蹄Si割]+栗H2O→X→2[泡Si座OH粱](洽Fr萍ei乎ma悠n,绪19需84斤)X是活流化了趁的化套合物追。水弱贼化作习用：产生芦大量江扩张事应