构造地质学06岩石力学性质.ppt

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1、第六讲岩石力学性质一、三轴应力条件下的岩石变形实验1.1岩石变形强度的几种图解表示法应力－应变图解e应力－应变速率图解è应力（应变）－时间图解t(e)应力－深度图解H1.2岩石的材料性质实验岩石学研究表明，岩石的材料性质主要有下列四种基本类型：弹性材料粘性材料（牛顿流体或线性粘性流体）塑性材料复合材料eE1.2.1弹性材料=Ee或=2（1）其中：E为扬氏模量，e为应变量，为内摩擦系数，为剪应变。变形特征：象弹簧一样发生变形。当应力消失后，材料完全复原到未变形状态。1.2.2粘性材料=2或=2（2）其中，

2、为粘性系数，和分别为线应变速率和剪应变速率。变形特征：象牛顿流体（蜂蜜体）一样发生流动变形，应力越大，流动越大；应力消除，流动停止，但不能复原到未变形时的状态。21.2.3塑性材料S或K或y（3）其中，K为屈服应力。变形特征：产生永久变形，当应力消除后部分复原，大部分保留变形时的状态。e1.2.4复合材料弹塑性体、弹粘性体、粘塑性体等ey1.3岩石变形行为弹性变形塑性变形破裂变形（脆性变形)e岩石变形的一般化应力--应变关系`yy1.4影响岩石变形的因素☆物质组成☆结构构造☆温度☆压力☆应变速率☆流体☆时

3、间温度增大温度，岩石的屈服极限降低，韧性增大压力应变速率孔隙流体的存在，可以降低岩石强度，促进岩石塑性变形孔隙流体压力的存在，促进岩石发生脆性破裂。孔隙流体时间降低应变速率，岩石的屈服极限降低，韧性增大时间－　应变速率降低应变速率，岩石的屈服极限降低，韧性增大蠕变和松弛蠕变和松弛在低于岩石弹性极限下导致岩石发生塑性变形，相当与降低岩石弹性极限，韧性增大——概念破裂变形实验岩石学研究表明：当所施加的应力强度等于或超过岩石抗张强度或抗剪强度极限时，岩石体就发生破裂变形。破裂方式：一组张性破裂面和两组剪性破裂面。剪裂角：剪裂面与最大主压应力轴之

4、间的夹角。剪裂面与最大主压应力轴之间的关系岩石发生剪切破裂变形时的莫尔圆图解二、岩石破裂准则岩石发生破裂变形时所施加应力需满足的条件：2.1库仑－莫尔准则0n（4）nf（n）（5）其中：为剪应力，0为岩石抗剪强度（内聚力），为内摩擦系数、等于tan（是内摩擦角），n为正应力。岩石发生剪切破裂时的莫尔包络线不同围压下岩石发生剪切破裂时的莫尔包络线A—砂岩；B—页岩2.2格里菲斯准则（抛物线型莫尔包络线）nn＋2T0（6）其中：T0为单轴抗张强度。格里菲斯准则莫尔包络线2.3摩擦滑动准则（拜尔利准则）f

5、=n（7）其中：f为摩擦剪切强度，为静摩擦系数。一旦滑动开始，则动摩擦强度为：fk=kn（8）其中，k为动摩擦系数。用主应力来表示滑动条件为：1R'3或（1-3）（R'-1）3（9）其中：R'=（（1+2）1/2-）1/2是引起滑动的R（应力因子R=1/3）的最小值。2.4流体作用ef=n－Pf=gz(1－)(10)其中：=Pf/gz称为流体因子，ef是有效应力，n为正应力，Pf是孔隙流体压力，是岩石密度，g为重力加速度，z为埋藏深度。孔隙流体压力对破裂发育的影响贵州乌江电站水力破裂在下

6、图中，由于地层中（茅口组和栖霞组）局部被封闭流体的压力（Pf）逐步增高,使得岩石的有效应力降低（a→b阶段），莫尔圆向左移动。在低差异应力（σ1-σ3）<4T的条件下，当Pf=σ3+T时，即当有效应力莫尔圆在最大T处，接触完整地层的破裂包络线时，地层将发生水力张性破裂（图6－7，c阶段），形成前述的水力破裂角砾岩。随后因岩石破裂导致流体压力突然减少，使得莫尔圆重新移到破裂包络线的右边稳定区域（图，d阶段）。随破裂产生流体压力Pf的变化线图影响岩石力学性质的各种因素影响因素强度韧性围压增大增大增大温度增大减小增大孔隙压力增大减小减小溶液增多减小

7、增大应变速率减小减小增大扩散蠕变：通过空位运动和原子运动来实现。体积扩散蠕变——纳巴罗－赫林蠕变晶界扩散蠕变——柯勃尔蠕变溶解蠕变：流体参与颗粒边界滑动：T>0.5Tm，扩散速率大。岩石可以发生很大变形，但晶粒本身无变形，因此无晶格优选和形态优选。动态重结晶作用：形成细小的新颗粒，即核幔构造岩石能干性反映岩石变形程度的差异，近似可以用粘度的大小来说明。