构造地质学第四章课件.ppt

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1、第三章构造研究中的应力分析基础第一节应力一、面力和体力1.力：物体相互间的一种机械作用，它趋向于引起物体形态、大小或运动状态的改变。2.接触力：物体与物体间的作用力3.面力：作用在物体表面的接触力4.集中力：接触面积与物体边界面积比量级很小时，即集中5.体力：非接触力作用在物体内部每一支点上时，为体力二、外力和内力1.外力：外界物体向被研究物体施加的作用力2.内力：外力作用引起的物体内部各部分之间的相互作用力内力—外力，是个相对概念。内力外力。　视研究对象而定．内力可能是均匀分布的，也可能不是，为了便于度量和

2、研究，提出了“应力”的概念。其分析方法—截面法。截面法：在考虑研究对象内部某一截面的内力时，可设想沿此截面将物体截开，并将其中的一部分移去，但仍保留其对另一部分的作用力，然后考虑被保留部分的平衡，则可计算出该截面上的内力。三、截面上的应力、正应力、剪应力应力－单位面积上的内力。内力/面积P/ＦdP/dF一般地，应力是矢量。当P不垂直于Ｆ时，有：正应力垂直于被作用面Ｆ的应力，用表示剪应力平行于被作用面Ｆ的应力，用表示应力的符号约定：正应力以挤压为正、以拉张为负；剪应力以逆时针方向为正、以顺时针方

3、向为负。（用图表示）四、应力单位及换算国际单位为帕斯卡—帕（Pa），即N/m2五、一点应力状态应力矢量（Ｐ）是与截面联系在一起的．通过地壳岩石中的任何一点（m），可作出无数个截面，因而存在无数个应力矢量．故地块中某一点的应力状态是不能用一个简单的矢量来表示的．一点的应力状态，在直角坐标系中可以近似地看成是一个无限微小的正六面体单元体。σxτxyτxzτyxσyτyzτzxτzyσzσxσyσzσxyσyzσzxσ剪应力互等定理剪应力互等定理－两个正交截面上的剪应力，其数值大小相等、方向共同指向截面交线或背离

4、两截面交线．即数值相等，符号相反．——此又称为剪应力成对定理．六、主应力、主方向、主平面弹性力学可以证明：对于给定的一个单元体，总能够找到这样一种取向：单元体表面上的剪应力分量都为零，即三个正交截面上没有剪应力作用而只有正应力作用，这种情况下的正应力称为该点的主应力，分别以1、2、3表示。主应力1231＞2＞3其中：1、2、3分别代表最大、中间和最小主应力。主方向：主应力的方向主平面：主应力所在截面（垂直于主应力的平面）应力椭球体应力椭球体：σ1—最大压（最大拉）应力轴；σ2—中间应力

5、轴；σ3—最小压（最小拉）应力轴故：σ1＞σ2＞σ3常见的应力状态：单轴应力状态：一个主应力不为零，其余两个均为零双轴应力状态：一个主应力为零，其余两个均不为零三轴应力状态：三个主应力均不为零，且σ1＞σ2＞σ3二维应力分析和应力莫尔圆………3-6………3-7……..3-12当θ=0º时，τθ=0当θ=90º时，τθ=0（2θ=180º）当θ=45º时，τθ达最大值（2θ=90º）即：说明：与主应力呈45º的面上剪应力最大，易产生剪切面………3-8当θ=0时，cos2θ=1；σθ=σ1（最大）；σ2不起作用说

6、明：垂直该面的应力对该面作用最大，平行该面的应力对该面无作用讨论：(1)(2)应力莫尔圆以为横坐标轴和为纵坐标的直角坐标系中的一个圆的方程式，这个圆称为应力莫尔圆。圆心为半径为应力莫尔圆的物理意义：（1）当θ=0时，θ=1，θ=0；（2）当θ=90时，θ=2，θ=0；（3）当θ=45或135时，θ=最大值，为(1-2)/2；（4）当1=2，=0时，为均压无剪应力；在三维状态中，当1=2=3时，为静水压力。应力场及其表示方法应力场—物体内各点的应力状态在物体占据的空间内

7、组成的总体。第二节应力场表示方法—一般地，用地质体（物体）内各点的主应力1、2、3，或最大或最小剪应力的大小和方位来表示其应力场的状态和特征。随深度而变化及地壳岩石的非均匀性，地壳中不存在理想的均匀应力场构造应力场－构造作用造成的应力场称为构造应力场。地应力—地壳岩石中存在的应力。构造应力场的特征：是指应力分布规律（大小、性质、方向、方式和变化）和构造形迹的总和．研究构造应力场－从构造形迹的力学性质及空间分布规律入手，反推形成构造形迹时的应力场的特征。——反序法古应力场研究意义：探讨地壳运动规律，指导

8、成矿预测……现今应力场在地质历史时期作用的应力场现今作用的应力场研究意义：地震预报分析，工程场地稳定性评价……研究方法：研究方法：依次沿相邻的各点的主应力或剪应力方向连接得到的轨迹线称为应力轨迹线，由它们绘制而成的应力轨迹图能够客观地形象地定性表示某个地质体（物体）内的应力分布状态；而主应力或剪应力的应力等值线图能定量地表示某个地质体（物体）内各点的应力分布及其变化特点。因此，这两种图件是常用的有效