ecit 构造地质学pptNo3-2 第3章 地质构造分析力学基础(二)

1、第一，变形物体受力作用后，其中每个粒子的相互位置发生变化，称为变形。广义变形包括直线移动、旋转、身体变形和变形。结构地质学研究的变形主要是变形，即形状的变化。(a)可以通过以下五种方式变形：拉伸、挤压、剪切、弯曲和扭曲。第二节的变形分析，(2)均匀变形和非均匀变形根据物体变形前后的几何特征分为均匀变形和非均匀变形。1均匀变形物体各部分的变形特性、方向和大小相同的变形称为均匀变形。其特征是a .原始直线或平面，变形后仍然是直线或平面。b .原始徐璐平行的直线或平面，变形后徐璐平行。拉伸、挤压和剪切都属于均匀变形。2非均匀变形物体各部分的变形方向、特性和大小不同的变形称为非均匀变形。其特征是a .

2、变形后作为曲线或曲面的原始直线或平面。b .原始徐璐平行的直线或平面，变形后不再徐璐平行。弯曲、扭转属于非均匀变形。自然的岩石结构变形，大部分是郑智薰均匀变形。具有一般非均匀变形的特征，例如折缝变形。但是，在讨论岩石变形时，通常将整体非均匀变形视为许多连续局部近似均匀变形的总和。如图所示，在非常小的区域中具有均匀变形的要素。在图中，每个椭圆在变形前都会拉伸或压缩小圆，使其变形。小椭圆表示的范围是均匀变形。但是，两个相邻的小椭圆表示的变形方向、特性和大小存在一些差异。外部是拉伸变形，内部是压缩变形。整体弯曲变形属于非均匀变形。第二，变形变形是指物体的相对变形量。(它是测量物体变形程度的一个测量概

3、念，没有单位。)物体的变形程度，即变形的大小可以从线变形、剪切变形两个方面进行说明。单线变形线变形是指在物体内沿特定方向的单位长度分段发生变化的程度。图中，对象分段变形前的长度为l0，变形后的L1，长度变更为l=l1- l0。线条变形l/l0。正值和负值取决于线变形是肾()还是短(-)。实验结果表明，各种材料在弹性极限内，单向拉伸或压缩条件下平行于作用力方向的变形和垂直于作用力方向的变形，这种现象称为泊松效应。一种材料的水平线变形0和垂直线变形的绝对值是常数。=0/此常数称为蒲松氏比。蒲松氏比取决于多种材料，但都不超过0.5。直线变形是变形前长度l0的长度比率(L1-l0)/l0 l0/l0=

4、1平方长度比率(直线长度比率的平方：(l1l0)2=(1)2，s，这三者都是变形分析中测量直线长度相对变化的参数。如果知道其中一个值，则可以计算其他两个值。2剪切变形对象变形时，内部相交线之间的角度经常发生变化。第一次徐璐直角的两条相交线变形后，直角的角度变化量()称为角度剪切变形。角度剪切变形的相切函数值称为剪切变形():tan。线段向右倾斜，剪切变形为正值。向左倾斜，剪切变形为负。第三，岩石变形的阶段岩石与其他固体物质一样，在外力的持续作用下，通常经历弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂变形阶段三个阶段。1.弹性变形阶段的岩石被外力变形，外力释放时完全返回变形前的状态，这种变形称为弹性变形。应

5、力必须符合老虎法则，具有线性关系。，2 .当塑性变形阶段应力超过岩石的弹性极限时，外力解除后，岩石不能再完全恢复原始形状，保持一定的永久变形，这种变形称为塑性变形。断裂前的塑性变形小于5的材料，通常称为脆性材料。对于破坏前塑料变形为510的材料，通常称为脆性-韧性材料。破坏之前塑料变形大于10的材料称为柔性材料。大部分岩石在室温大气压力下脆性出现。但是岩石在温度和限制压力增加或应变速率变化的条件下往往表现出一定的韧性。3 .在断裂变形阶段，如果应力达到或超过其强度限制，岩石内部的结合力将被破坏，从而产生断裂。也就是说，发生中断变形。缺陷和关节都是岩石受力而产生的破坏现象。同一岩石强度极限值在其

6、他特性的应力下变化很大。一般抗压强度剪切强度抗拉强度。抗压强度约为剪切强度的10倍，抗拉强度约为30倍(见瑞盖里板P44表)。岩石开始破裂时的应力值，也称为岩石的强度极限或破裂极限。第四，剪切角用肠破裂、剪切破裂两种方法分析岩石破裂。拉伸断裂(简称为张裂)是拉伸应力引起的破裂，并且破裂面垂直于最大拉伸(3)方向。剪切破裂是剪切应力引起的破裂，破裂面以略小于45的角度与最大挤压(1)方向成一定角度相交。剪切面(也称为切面)通常在两个组最大挤压的一个方向对称倾斜。这两组剪切破裂面称为共轭剪切面。这是摩尔破裂准则。剪切面和最大主应力1方向之间的角度称为剪切角度。两个共轭剪切面之间的双侧角度2称为共轭

7、剪切角度。根据应力莫尔圆，在最大主应力45方向的倾斜截面中，剪切应力值最大。因此，沿这些倾斜剖面发生剪切破裂的可能性似乎最大。=45，2=90。由此应力莫尔圆估算的剪切角度的理论值(45)称为理想剪切角度。但是很多现场观察和室内实验证明，岩石的实际剪切角度往往小于45，实际共轭剪切角度往往小于90。1 .库仑剪切破坏标准库仑解释了切割角度往往小于45:岩石剪切破裂的能力不仅与岩石本身的剪切强度(也称为凝聚力)有关，还与作用于该剖面的正应力有关。如果剪切强度为零，截面的正应力为n，则该截面中产生剪切破裂的极限剪切应力为0，0 n，表示式中的岩石内部摩擦系数。如果此型式为直线坡度比(例如直线的坡度

8、)的直线方程式，则=tan。因此，常识可以说是库仑剪切破坏标准的关系。称为岩石的内摩擦角。在应力坐标系中，此线性表达式是倾斜为tan的一对直线，与应力摩尔圆相切。切点处的剪切应力等于截面中的最终剪切应力，其他剪切应力小于极限剪切应力。也就是说，不能发生剪切破裂。0 ntan因此切割破裂面的方向：与剖面A0的角度为45，即剪切角度为90-45。可见，切割破裂面不是最大剪应力作用的剖面，而是剪应力值稍小的剖面。该截面的压缩应力值比斜线45面的压缩应力小得多，对剪切裂纹的阻力也小得多，该截面中最容易发生剪切破裂。如图所示，剪切角度=452，共轭剪切角度2=90。(许多岩石的内部摩擦系数，即tan在0

9、.50.6之间，因此剪切角度约为30)，在相同的变形条件下脆性岩石韧性岩石的内部摩擦角度。因此，脆性岩石的剪切角度小，韧性岩石的剪切角度大，接近45。莫尔根据岩石力学实验的结果，对库仑标准进行了修正。人们认为，同一岩石的内摩擦系数不是常数，而是可以随着限制压力、温度的变化而变化的。因此，剪切角度随变形的温度和压力条件的变化而变化(限制压力，随着温度的增加，剪切角度逐渐接近45)。在坐标图中，在不同的限制压力下，与破裂限制莫尔圆相切的曲线对称为莫尔线。图a中的页岩值随着限制压力的增加而逐渐减小，剪切角度增大，搭接线为圆弧曲线。图b中的砂岩的值基本上是恒定的，因此剪切角度基本上也是恒定的，其摩埃包

10、络几乎相当于一对直线。2 .由于模具的库仑准则修正(补充)，随着限制压力和温度的增加，剪切角度逐渐接近45。但是，只要岩石保持坚硬，开始破裂时的剪切角度必须小于45。在某些情况下，可以看到剪切角大于45，这是破裂后逐渐变形的结果。3 .格里菲斯破裂指导方针库伦莫尔破裂指导方针都是通过岩石力学实验得到的经验公式，目前还不能说明导致破裂的内部机制的满意物理方面。格里菲斯(Griffith，1920)发现，基于分子结构理论的材料结合强度远远超过实际破裂强度(第三阶段)。材料的微裂纹较多，强度极限大大减少。材料受力时，在微裂纹周围，尤其是裂纹尖端(曲率最大的地方)，应力强烈集中，微裂纹扩展和连接，最终

11、形成宏观破裂。5，变形椭球对象均匀变形时，内部粒子的位置发生变化。物体变形前内部的一点变成小球体，变形后变成椭球体的椭球体称为变形椭球体。人们通常使用变形椭球的形状来说明变形的程度和方向。只有下一节课！1.应变主轴变形椭球中，有三个只有线变形，没有剪切变形，变形前后以徐璐直角方向变形的主方向。平行于变形主方向的三个轴称为变形自旋。分别称为最大变形主轴(a或x轴)、中间变形主轴(b或y轴)、最小变形主轴(c或z轴)。变形主方向上的线变形称为主变形。习惯上分别用1，2，3表示他们的变体(123)。主平面包含两个变形主轴的面称为主平面。它们分别是AC面(XZ面)、AB面(XY面)和BC面(YZ面)。

12、a .垂直于c轴的AB面的材料在压力面上压缩最大。指示强烈挤压的变形面的方向，例如折缝轴面、分割面等。b .垂直于a轴的BC面物质最大限度地拉伸到成熟面。指示拉伸构造面的方向，例如章节连接面等。c .平行于a轴的定向物质最大拉伸。这个方向经常有矿物的正向排列(如伸缩线、生长线等)。圆截面半径与变形前的单位球半径相同。也就是说，未拉伸的面或固定的歪斜面(这些圆截面区分变形椭球的伸长和缩短的区域)。圆截面半径与变形前的单位球体半径不同，圆截面内的所有材料线产生相同的量的短边或长边，因此此类圆截面称为等边或均匀的斜面。三圆剖面穿过变形椭球中心的切面通常是椭圆的，但其中两个剖面是圆(称为圆剖面)。它们

13、的相交线是b轴，分别是圆截面角度的平分线。变形椭球的圆形截面为6，渐进变形在图中始终压缩射线1，射线2始终拉伸。光线3与挤压方向的角度小于45O时压缩。如果变形继续，与挤压方向的角度将逐渐增加，大于45O将转换为拉伸。在相同的动力持续期间，岩石内部的变形状态会随着变形过程的进行依次出现性质和方向逐渐变化的变形状态，导致结构变形的发展和机械性质的转换。在相同的动力持续期间，岩石内部的变形状态随着变形的进行而连续变化的现象称为进步变形。也就是说，整个变形过程的初始状态通过一系列无限变形积累到达最终状态。，(a)，总变形和增量变形渐进变形是由两部分组成的总变形和增量变形1，总变形是指变形历史上某个时

14、间点已经发生的变形的总和，这也称为总变形，将某个时间点的物体的应变状态与其初始状态进行比较而获得的变形称为有限变形。也称为瞬间变形，渐进变形是在改变历史的某一时刻发生的小变形。如果这个变形是无限小的，也就是说，在某一时刻，物体的应变状态与之前瞬间的状态相比，得到的变形称为。所有时间间隔的转换状态可以看作是同一转换过程中已发生的整体转换和正在发生的增量转换的总和。(b)，同轴渐进变形和郑智薰同轴渐进变形分为同轴渐进变形和郑智薰同轴渐进变形，具体取决于增量变形主轴和整体变形主轴的方向是否相同。1、同轴渐进变形在渐进变形过程中，增量变形椭球主轴方向和整体变形椭球主轴方向总是均匀变形，这称为同轴渐进变形。2、郑智薰同轴渐进变形，在渐进变形过程中，增量变形椭球主轴和整体变形椭球主轴方向不平行于每一瞬间徐璐，因此称为郑智薰同轴渐进变形。复杂的学习问题，1，哪五种方法的变体？2，名词说明：均匀变形、非均匀变形、变形、线变形、剪切变形、变形椭球体、变形主轴、渐进变形。增量和总应变；同轴渐