地质构造力学分析.ppt

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1、项目二地质构造力学分析任务1应力及应力分析任务2变形与应变分析任务3岩石力学性质及其影响因素分析地壳中的各种地质构造都是岩石在力的作用下形成的。要研究各种地质构造的几何形态、组合特征和力学成因，首先必须了解有关岩石受力变形的基本理论和影响岩石变形的各种因素，进而分析岩石变形的特征和规律。任务1应力及应力分析1.力和应力力是物体间的相互作用。1.1外力和内力力可分为外力和内力。外力－外部施加于研究对象的力。按外力作用的方式，外力又分为面力和体力。内力－物体内部各部分之间相互作用的力。内力又分为固有内力和附加内力。下面所涉及的内力指的都是附加内力。内力随外力的

2、改变而改变，但是这种改变有一定的限度。当外力增加到一定程度时，物体遭到破坏而失去平衡。地质构造就是岩层或岩体受力后发生变形与破裂的结果。1.2应力应力是指物体单位面积上的内力（单位：Pa）。在自然界中，截面A上的应力分布往往是不均匀的。如果作用力方向与截面斜交时：图2-2内力和应力的分解（a）内力的分解；（b）合应力的分解正应力σ可以为压应力，用正值表示；它也可以为张应力，用负值表示。剪应力则可以使物体发生剪切滑动。习惯上规定，使物体有顺时针转动趋势的剪应力为负值（<0）；使物体有逆时针转动趋势的剪应力则为正值（>0）。2.一点的应力状态我们把物体受力后其

3、内部任一点各个截面上的应力分布情况，称为该点的应力状态。一点的应力状态分为三类：单轴应力状态：双轴应力状态：三轴应力状态：图2-3三种应力状态（a）单轴应力状态；（b）双轴应力状态；（c）三轴应力状态3.单轴应力分析在单轴应力状态下，变形物体中任意斜截面上的正应力、剪应力与主应力σ1之间的关系。图2-4单轴应力状态分析将上两公式两边平方后相加得：莫尔应力圆，简称莫尔圆。图2-5单轴应力状态的二维应力莫尔圆图2-8纯剪应力状态的莫尔圆4.应力网络与变形图像应力迹线，就是应力方向变化的轨迹线，可以是直线，也可以是曲线。由几簇相互关联的应力迹线构成的网络，叫应力

4、网络。图2-10单向拉伸、挤压和剪切的应力网络(a)单向拉伸;(b)单向挤压;(c)剪切5.地应力及构造应力场5.1地应力地应力是指在自然状态下组成地壳的岩层、岩体内部分布的应力。在地质历史时期中曾经存在于地层岩石内的地应力，称为古地应力，现代地应力则可以用仪器直接测定，如在地震地质、矿山开采、工程地质等方面经常采用仪器直接测定。5.2构造应力场地壳中受力岩层或岩体中，由某一瞬时应力状态组成的有规律地分布和变化空间，称为构造应力场。任务2变形与应变分析1.变形1.1变形的概念当物体受到外力作用时，组成物体各个质点间的相对位置就会发生变化，这种变化称为变形。

5、当物体受到外力作用后，表现为物体形状的变化时，称为形变。当物体受到外力作用后，表现为物体体积的变化时，称为体变。1.2岩石变形的基本方式（1）拉伸变形：（2）压缩变形：（3）剪切变形：（4）弯曲变形：（5）扭转变形：图2-11岩石变形的基本形式(a)拉伸；(b)压缩；(c)剪切；(d)弯曲（上图为横弯曲，下图为纵弯曲）；(e)扭转可归纳为两大类：均匀变形和非均匀变形均匀变形指变形物体内各部分变形性质、方向和大小都相同的变形。非均匀变形指变形物体内各部分变形性质、方向和大小均不相同的变形。2.应变应变是变形量大小的量度，用来度量变形物体的体积或形状的改变量。

6、2.1线应变物体变形前后的相对伸长或缩短称为线应变。纵向线应变为：横向线变形为：图2-12单向拉伸变形在弹性变形范围内，一种材料的横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一个常数，这个常数（µ）称为泊松比，即：2.2剪切应变物体在剪切力的作用下发生变形，变形后的任一截面相对其原来的位置发生了一定角度的旋转，这种应变称为剪切应变（也叫角应变）。图2-13剪切变形2.3体应变体应变是体积变化量（V-V0）与原体积V0之比，也称膨胀度，即：3.岩石的变形阶段随着外力的增加，岩石的变形要经历弹性变形、塑性变形和断裂变形三个阶段。这三个变形阶段既是相互联系的，又是相互过

7、渡、依次发生的。图2-14塑性材料拉伸时的应力应变曲线图σa-比例极限；σb-弹性极限；σc-屈服极限；σd-强度极限；3.1弹性变形当物体在外力作用下发生变形，取消外力后能完全恢复到变形前状态的变形，称为弹性变形。弹性变形的主要特点是符合虎克定律。3.2塑性变形在应力超过岩石的弹性极限时，即使卸去外力，变形也不能完全消失，而会出现剩余变形。这种变形称为塑性变形。3.3断裂变形当应力达到或超过岩石的强度极限时，岩石内部的结合力就遭到了破坏，岩石将产生断裂变形。这时岩石就失去了连续完整性，产生断裂面。图2-15张裂和剪裂的形成、分布与应力-变形的关系岩石的断

8、裂变形有两种方式，即张裂和剪裂：（1）张裂：岩石所受的张应力达到或