ecit 构造地质学pptNo3-2 第3章 地质构造分析力学基础(二).ppt

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1、一、变形物体受力作用后，其内部各质点的相互位置发生改变，称为变形。广义的变形包括：直移、旋转、体变和形变。构造地质学研究的变形主要形变，即形状的改变。（一）变形的方式变形的方式有五种：拉伸、挤压、剪切、弯曲和扭转。第二节变形分析（二）均匀变形和非均匀变形根据物体变形前后的几何特征，将变形分为均匀变形和非均匀变形。1．均匀变形物体各部位的变形性质、方向和大小都相同的变形称为均匀变形。其特征是：A.原来的直线或平面，变形后仍然是直线或平面；B.原来互相平行的直线或平面，变形后仍然互相平行。拉伸、挤压、剪切均属于均匀变形。2．非均匀变形物体各部

2、位的变形方向、性质和大小有差异的变形称为非均匀变形。其特征是：A.原来的直线或平面，变形后为曲线或曲面；B.原来互相平行的直线或平面，变形后不再互相平行。弯曲、扭转均属于非均匀变形。自然界中岩石的构造变形，大多数是非均匀变形。如褶皱变形，具有典型的非均匀变形的特征。但是，在讨论岩石变形时，常将整体的非均匀变形看作许多连续的局部近似均匀变形的总和。如图所示，就极微小的区域来看，具有均匀变形的特征。图中每个椭圆都是由变形前的小圆拉伸或压缩变形而成的，就小椭圆代表的范围而言是属均匀变形。但是，任意两个相邻的小椭圆，所代表的变形方向、性质和大小都

3、有一定差别。外侧为拉伸变形，内侧为压缩变形。整个弯曲变形属于非均匀变形。二、应变应变是指物体的相对变形量。（它是衡量物体变形程度的一个度量概念，所以是没有单位的。）物体的变形程度，即应变的大小，可以从两个方面进行描述：线应变、剪应变。1．线应变线应变是指物体内某方向单位长度线段的改变量。如图设物体中某线段变形前长度为l0，变形后为l1，其长度改变量为△l=l1-l0。线应变ε＝△l/l0。ε值的正、负取决于线应变是伸长（+）还是缩短（-）。实验表明，各种材料在弹性限度内且在单向拉伸或压缩的条件下，既有平行于作用力方向的变形，又有垂直于作用

4、力方向的变形，这种现象称为泊松效应。一种材料的横向线应变ε0与纵向线应变ε之比的绝对值为常数υ，即：υ=∣ε0/ε∣这个常数υ称为泊松比。各种材料的泊松比υ都不相同，但是均不超过0.5。线应变还有其它的表示方式，常用的有：长度比S，即变形后的长度l1与变形前的长度l0之比值：S＝l1／l0＝(l1-l0)/l0+l0/l0=ε+1平方长度比λ，即线段长度比的平方：λ＝(l1／l0)2=(ε+1)2ε、S、λ三者都是应变分析中度量直线长度相对变化的参数。如果知道其中的一个值，另外两个值就可以计算出来。2．剪应变物体变形时，其内部相交直线之间

5、的夹角往往会发生变化。我们将物体内初始相互垂直的两条交线变形后其直角的角度改变量（ψ）称为角剪应变。角剪应变的正切函数值称为剪应变（γ）：γ＝tanψ。线段向右偏斜，剪应变为正；向左偏斜，剪应变为负。三、岩石变形的阶段岩石与其它固体物质一样，在外力持续作用下，一般都经历了三个阶段的变形：弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂变形阶段。1.弹性变形阶段岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形。应力与应变成正比，符合虎克定律，具有线性关系。2.塑性变形阶段当应力超过岩石的弹性极限后，外力解除后岩石已不能

6、完全恢复原来的形状，保留一定的永久变形，这种变形称为塑性变形。断裂前的塑性变形量小于5％的材料，一般称为脆性材料;断裂前的塑性变形量在5％—10％的材料，一般称为脆性-韧性材料；断裂前的塑性变形量大于10％的材料，称为韧性材料。在常温常压下多数岩石表现为脆性；但在温度和围压增高或应变速率改变的条件下，岩石常可表现出一定的韧性。3.断裂变形阶段当应力达到或超过其强度极限时，岩石内部的结合力遭到破坏，产生破裂面，即发生断裂变形。断层、节理都是岩石受力后产生的断裂现象。同一岩石强度极限值，在不同性质的应力的作用下，差别很大。一般抗压强度＞抗剪强

7、度＞抗张强度。抗压强度约为抗剪强度的10倍、抗张强度的30倍（参考徐开礼版P44表）。岩石开始发生破裂时的应力值，称为岩石的强度极限，又称为破裂极限。四、剪裂角分析岩石的破裂有两种方式：张性破裂、剪切破裂。张性破裂（简称张裂），是张应力作用产生的破裂，破裂面垂直于最大拉伸(σ3)的方向。剪切破裂（简称剪裂），是剪应力作用产生的破裂，破裂面以略小于45º的角度斜交于最大挤压(σ1)的方向。剪切破裂面(简称剪裂面)，常是两组对称地斜交于最大挤压的σ1方向。这样的两组剪切破裂面称为共轭剪裂面。这就是莫尔破裂准则。剪裂面与最大主应力σ1方向之间的

8、夹角θ称为剪裂角。两共轭剪裂面之间的两面角2θ称为共轭剪裂角，简称共轭角。根据应力莫尔圆可知：在与最大主应力成45º方向的斜截面上，剪应力τ值最大。所以似乎最有可能沿这样的斜截面发生剪切破裂，