地质构造分析的力学基础.ppt

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1、构造地质学课件主讲人：周俊杰单位：河北工程大学构造地质学课件河北工程大学资源学院第三章地质构造分析的力学基础地壳运动引起的力的作用，促使地岩石发生变形和变位，从而形成了各式各样的地质构造。研究构造的发生、发展和组合规律，就要从力的角度出发，力的来源、作用方式和大小，以及各种岩层的力学性质，来揭示构造发育的规律。构造地质学课件河北工程大学资源学院主要内容第一节应力分析第二节变形分析第三节影响岩石力学性质与岩石变形的因素构造地质学课件河北工程大学资源学院第一节应力分析一、外力、内力和应力力是使物体改变其运动状态和相对位置的一种矢量（有大小和方向的量），在数学上称为向量。力外力内力面力

2、体力固有内力附加内力构造地质学课件河北工程大学资源学院第一节应力分析一、外力、内力和应力外力：对于一个物体来说，另一物体施加于该物体的力称为外力。面力：是通过接触面作用于物体的力，如压力、应力。体力：是物体内每个质点都受到的力，是相隔一定距离相互作用的，如万有引力、重力。内力：是同一物体内部各部分之间的作用力。固有内力：在未受外力作用时，物体内部各质点间就已存在着相互作用的力，它使各质点处于相对平衡状态，从而物体才能保持一定的形状，这种力称为物体的固有内力，即自然状态粒子结合力。附加内力：当外力作用时，内力的改变量称为附加内力。附加内力阻止物体继续变形并力图恢复其原来的形状。构造

3、地质学课件河北工程大学资源学院应力：作用于单位面积上的内力，称为应力。当外力P作用于物体时，物体内部便产生与外力作用相抗衡的内力p，p与P的大小相等，作用力相反，那么，P与作用面（A）的比值σ=P/Aσ为应力，单位为帕斯卡。一、外力、内力和应力构造地质学课件河北工程大学资源学院在物体内任意选取一个与外力作用方向不相垂直的一小截面（dF），作用于截面(dF)上的内力为dP。根据平行四边形法则，可将内力（dP）分解为垂直于截面的分力（dN）和平行于截面的分力（dT）（图）。作用于截面（dF）上的合应力（σf）为：σf=dP/dF垂直于截面上的应力叫正应力（σ），又称直应力：σ=dN/

4、dF正应力可以是压应力，使物体受压缩，用正值表示（σ﹥0）；可以是拉应力，使物体受拉伸，用负值表示（σ﹤0）；一、外力、内力和应力构造地质学课件河北工程大学资源学院平行于截面（dF）的应力称为剪应力（τ），又叫切应力：τ=dT/dF剪应力（τ）的作用使界面发生剪切滑动，使物体有顺时针转动趋势的剪应力用负值表示（τ﹤0），使物体有逆时针转动趋势的剪应力用正值表示（τ﹥0），一、外力、内力和应力构造地质学课件河北工程大学资源学院当物体受外力处于平衡状态下，通过物体内部任意点总是可以截取一个微小单元体：六个面上只有正应力作用，无剪应力的作用，在单元体中这六个面上的正应力为主应力。三对主

5、应力值都相等时，物体只有体积的变化；三对主应力值不相等时，物体就会发生形状的变化。每对主应力作用的方向线称为主应力轴，其作用面称为主应力面或主平面，最大主应力（σ1）与最小主应力（σ3）之间的差值称为应力差。条件相同时，应力差愈大，其所引起的形状改变也愈明显。二、应力状态与应力椭球体σ1—最大主应力；σ2—中间主应力；σ3—最小主应力。构造地质学课件河北工程大学资源学院应力椭球体：当主应力σ1＞σ2＞σ3，且符号相同时，可以根据一点的主应力矢量为半径作出一个椭球体，该椭球体代表作用于该点全应力状态，称应力椭球体（图3-4）。应力椭球体形状的变化决定于三对主应力的相对大小。沿三个主

6、应力平面切割椭球体的三个椭圆称应力椭圆。图3-4B表示平行于每一个主平面的二维截面，每一个平面中的应力矢量就构成一个应力椭圆。二、应力状态与应力椭球体构造地质学课件河北工程大学资源学院物体中一点的空间应力状态可以分为三类：⒈三轴应力状态，指主应力σ1、σ2和σ3均不等于零的应力状态，自然界中最普遍的一种应力状态。⒉双轴应力状态，指两个主应力值不等于零，而另一个主应力值为零的应力状态。⒊单轴应力状态，其中只有一个主应力值不等于零，而另外两个主应力值为零的应力状态。二、应力状态与应力椭球体构造地质学课件河北工程大学资源学院三、应力场、构造应力场、应力轨迹和应力集中任一物体或岩体中的每

7、一点都存在着一个与该点对应的瞬时应力状态，一系列点的瞬时应力状态组成空间应力场。均匀应力场：应力场中各点的应力状态都相同应力场；非均匀应力场：从一点到另一点的应力状态不断地变化的应力场。构造应力场：指地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态。构造地质学课件河北工程大学资源学院研究构造应力场的目的：揭示一定范围内应力分布和变化的规律、构造应力场的性质，从而确定地壳运动的方式、方向及构造发育的制约关系，推断可能在何处出现的某种型式的构造等，为生产服务。按研究对象的规模划分为：局部构造应力场