《岩石力学性质》PPT课件

《《岩石力学性质》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章岩石力学性质岩石力学性质是岩石受力作用下的反映。岩石力学性质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。脆性变形韧性变形为什么要研究岩石的力学性质？岩石力学性质研究的途径（1）观察天然岩石的力学现象（天然露头等）；（2）实验室内对岩石进行变形实验；（3）在野外对岩体进行实地试验；（4）理论分析和数值模拟。塑性变形脆性变形天然岩石变形0.1MPa高温流变仪样品装置示意图实验室岩石变形实验σ1σ2=σ3=围压σ1=σ2=围压σ1σ3σ3差应力（differentialstre

2、ss）σ=σ1-σ3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。目前，人们将材料的力学响应主要划分为弹性（elastic）、粘性（viscous）和塑性（plastic）等类型。岩石力学性质的一些基本概念（一）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

3、定律：σ=Ee其中E为杨氏弹性模量。岩石变形的应力－应变曲线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。滞弹性（anelastic）岩石变形的应力－应变曲线随着变形继续，应力－应变曲线斜率变小，这时如果撤除应力，曲线并不回到原点，而与e轴交于

4、e1，说明试样由于超出其弹性极限而发生了永久变形。这个极限点的应力叫屈服应力σy（yieldstress）。塑性变形是指物体在外力施加的同时产生变形，但在外力解除之后，变形永远不会自动恢复的这种性能，具有这种性能的物体称为塑性体，它的变形称为塑性变形。在应力不超过某一临界值σy的条件下，理想塑性材料可以持续永久变形，在这一临界值之下，材料不发生变形。岩石力学性质的一些基本概念（二）岩石变形的应力－应变曲线岩石变形的应力－应变曲线σy理想塑性材料的力学行为岩石变形的应力－应变曲线岩石变形的应力－应变曲线

5、韧性和塑性区别韧性（延性）是用来描述允许大应变，以宏观均质变形为特征，而不管所包括的微观变形机制如何的流变性质。塑性是一种永久变形，它涉及晶内的位错运动的微观机制，可能还包括扩散。岩石变形机制通常有三种：（1）碎裂机制（cataclasis）；（2）晶内塑性（intracrystallineplasticity）（3）物质扩散流动（flowbydiffusivemasstransfer）脆－韧性转化－从宏观上描述脆－塑性转化－从微观机制上描述脆－塑性转换域是一个十分重要的问题，地球上大部分地震都发生在脆－

6、塑性转换域的深度。世界上一些地区地震震源深度分布柱状图（据Maggietal.,2000a）岩石力学性质的一些基本概念（三）流体粘性是流体内部各流层之间相对滑动时，层面间存在一种内摩擦效应。流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度呈正比关系τ=ηdů/dyη粘度（Pa·s）（1）式中可作下列变换（1）改写为（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的材料称为牛顿流体（或线粘性流体

7、）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。（2）（1）（3）（4）理想粘性材料的力学行为弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑性变形。既具有弹性，又能发生粘性流动的材料，称为粘弹性，它所表现的力学性质，称为粘弹性。如蛋清就是一种粘弹性体。岩石在长期力作用下是一种同时具有弹性和塑性的物质，这种弹性和塑性是指在弹性范围内显现的弹性和塑性；当岩层具有高度塑性时还能发生半粘性流动。岩石也是一种粘弹性体，它不像蛋清这样明显，这主要是它的流动需要在长时间载荷下表现出来。对于

8、固体或流体而言，温度越高，粘度越低，反映易流动性越大。岩石具有非常缓慢的流动性。粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变性（rheologicalproperties），并形成一门新兴学科－流变学（rheology）流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（RheologyofEarthMa