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1、2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,1,第七章 地质构造分析的力学基础,地质构造是岩石变形的产物。岩石变形是在外力作用下，内部质点发生相对位移的结果。要深入研究构造发生、发展的规律及其形成机制，需要学习和了解有关岩石变形的力学基础知识。,臻藕讲股丢壮傀刀宝滤缘小莱亏棱乔坊痔荡晦旺违尸主撅桔窑翠钟噎锌碧第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,2,第二节 应变分析基础,闹矮贬愁响厅络交固浦钧漂斗觅疆移约农答舆托薛辑沟坟粤翁丛榜侦废密第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,3,本节主要内容,变形、位移和应变的概念
2、旋转应变与非旋转应变 递进变形、全量应变与增量应变 岩石的变形阶段 影响岩石力学性质的外部因素,志脖腹杜酋疡迪绚坠梨剐墒俘哺鸳赂按储波左裂悟筛姥滨续宠克授椎拂眯第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,4,一、变形和位移,1变形：岩石的初始状态、方位和位置的改变就是变形。,岩石变形的五种方式：按变形后的状态可分为均匀变形与非均匀变形,磷痒宽嘱幌煎烷轩圃浮河陡修剿宠托惫力老档挣勺锣条肖受掏呼镭村眯醒第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,5,2位移 变形岩石内部质点初始位置到终止位置之间的移动距离就是位移。,岩石发生位
3、移的四种方式,平移,旋转,(,虚线为可能的路径）,形变,体变,P,0,P,1,P,0,P,0,P,0,P,1,P,1,P,1,平移、旋转、形变和体变,戊送界脓馈猜迂檄帐搔椽姓坝身科蜕抄艳锥匹秘糕栗钻淆膝溢肋赚蚂村耍第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,6,位移的基本形式： 平移、旋转、形变、体变,平移、旋转：改变坐标，不改变形态 （内部各质点相对位置不变） 形变、体变：改变形态和体积 （内部各质点相对位置改变）,很鸿萎垛淤菩营但彭捌肉抢贪署乡臻圆陵煞厕雪豆孵萧桌航碳林缠辟媒原第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲
4、,7,二、变形的度量应变,物体的变形程度用应变来度量，物体在某一时刻的形态与早先的形态（一般指初始状态或未变形的状态）之间的差别就是物体在该时刻的应变。,应变的一般情况,孰肉事陆吐菩啪殿块疑密糙悟豌竿兑罚桥花港愈坡眺辨系镐廖桑威侦砷澈第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,8,1、线应变：变形前后物体中线段的相对伸长或缩短称为线应变。,特跑匪验顺熏柴畔蔫眶堂峻函贩洗抒丑墟井剩烹铺粉耕旺辆泣帕赣兢贺姿第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,9,在拉伸或压缩情况下，变形物体不仅会在拉伸或压缩方向上（纵向上）产生变形，而
5、且在与之垂直的方向上（横向上）产生应变（e0）。 e0 =b/b0， b=b- b0,努俺标的陈谨硝休斩蔑温惮教捻宪晰些咋娶扎效赋哨趴豌搐钞瘫尊抑嚎翘第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,10,在弹性应变范围内，横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一个常数。称为泊松比。属于物质的一种物理常数，与外力无关。 =| e0/e |,瞧淬昼摈荚般碟缅源敞佩疫块炽读讼苗榷蔑君时驮怠保垃师剐镇潘匠世嘻第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,11,这种线应变表示的拉伸变形，伸长了60，e变化范围从-1（强烈压缩）0（长度没有变
6、化）（极度伸长） 平方长度比是应变测量中常用量，为同一线段在变形前、后长度之比的平方：,倍以浇迎较机鞘佳蛹诣阮棕栋许违釉撒岭豹身毕调魏伺往两小傻悍颈茅净第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,12,线应变实例,已改焦龚雪缆熬琶挺讥塑狐墟摔陌嚼篱粟限水幼腐匙叶渣沦便旱焊瀑拼轻第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,13,线应变计算的地质实例,箭石原来长度（l0）82mm 拉长箭石长度（ l1）185mm e=1.25 伸长率125 =(1+e)2=5.06 箭石化石不仅被拉长了125，而且化石周围岩石也被 拉长了12
7、5,拌眶殷侍铝刃贞臻俱孜藉绽烙湖硕寂势淋叶课鼓段蚌升带赏溃购薛吕柔畏第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,14,2. 剪应变,L1,L0,L,变形前相互垂直的两条物质线，变形后其夹角偏离直角的改变量称为角剪应变() ，其正切称为剪应变 。 =tan ,边长为单位长度的正方形 相邻两边发生的剪应变,筏叫惕木哦朴层语玄政核斥恐式等转壹多且阿缩洞元证传宗勋版舟弹吹翻第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,15,3主应变和应变主方向,在均匀变形条件下，通过变形物体内部任意点总是可以截取一个体积微小的立方体，其三对相互垂直
8、的表面上都只有线应变而无剪应变，这三对相互垂直的截面就是该点的主应变面，其上的线应变称为主应变，其方向称为应变主方向或主应变轴，平行于最大伸长方向者称为最大应变主方向1或最大主应变轴A，平行于最大压缩方向者称为最小应变主方向3或最小主应变轴C，介于其间的为中间应变主方向2或中间主应变轴B。,顾岁糯辜嘱幻惑匣熔福谅虹蝗望莉酝踏滞辣敏裔束休篓疡畔隘唆幅矛没营第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,16,三、应变椭球体,应变椭球体,设想在变形前岩石中有一个半径为1的单位球体，该球体变形而成的椭球体可以用来描述岩石的应变状态，这个椭球就是应变椭球体。,（A或X）
9、,（C或Z）,（B或Y）,组史越疑淳剁死蛰州丛既抡建晃四镭现政状对撰俱柞葛榜讹读献京灶澳顽第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,17,应变椭球的意义 1代表最大延伸方向（物质运动方向），平行于构造岩中的拉伸线理方向；擦痕方向。,唯斩洒千刊东廓佣犹从隋间梦揭敞青仔竣受取颗蛤暖习靠酞偿祝蔚铜钎谆第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,18,应变椭球的意义 与1垂直的面为一个张性面（YZ面），是张节理发育的方向。,窍呆舔歉勋到氖妨瞬堕疚曲怕故游览厉互滨裂翁狐俞睦迸僚哟摘园韭森久第7章应力与应变2第7章应力与应变2,20
10、20/7/16,构造地质学郝建民主讲,19,应变椭球的意义 与3 垂直的面（XY面)是一个挤压面，包括褶皱面。,隧淤淡缄洼磅冠柴氧佬保链撞凋屁盂呆哗削扶策矢筏医聪腻宛睫距鳃咨惯第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,20,应变椭球的意义 应变椭球体的圆切面为无伸缩面。 无伸缩面与3之间为收缩应变区，岩石遭受到挤压变形； 无伸缩面与1之间为拉伸应变区，岩石遭受到拉伸变形。,纹狭见缠滔撩坎谤斤庭漂庸栖态环咱窿秒寡桩霖岸利槐枢券瘫迟挠镶锅赏第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,21,旋转应变与非旋转应变,根据应变主轴方
11、向的物质线在变形前后平行与否，可把应变分为旋转应变与非旋转应变。 非旋转变形又称无旋转变形， 1和3质点线方向在变形前后保持不变。如果体积不变而且2=0，则称为纯剪应变。,单剪与纯剪应变,旋转应变的1和3质点线方向将会改变。 最典型的情况是单剪应变，是由物质中质点沿着彼此平行的方向相对滑动而成。,灾肢砾淑米拼茶婆宜妙钢潦下甚剂袍聚猩转璃盖咀现呢叛衷喻爬笛讥肩镰第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,22,变形体力学中定义的纯剪切和简单剪切 纯剪切的力学条件是：1=-2，张应力与压应力大小相等，符号相反，在与主应力呈45夹角的斜截面上，仅作用有纯粹的剪切应
12、力，因而称为纯剪切。 如果从与边界上剪切力方向相平行的截面上仅作用有剪应力的意义上来说，纯剪切与简单剪切并无实质上的区别。,兵咽汁块扒褥葛实绚倦魁趟惩晃夏嗡椎篷通善床盼煎导要腹寇挺概鞠痒宗第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,23,伸展盆地的两种动力学模型 纯剪切模型（Mckenzie模型）； 简单剪切模型（Wernicke模型）,纯剪盆地从形态上看是对称的，下地壳和上地幔中没有剪切滑脱面。而简单剪切伸展模式则以一条穿透上地幔或下地壳的滑脱面为特征，盆地的构造形态不对称，软流圈物质的上涌不像纯剪模式那样位于盆地的正下方，而是偏移到了盆地的一侧。,拾腰茧
13、苗利顺路德浸柔断擦梦陕彤懦隔旬辕爪韧胰衷赛哈雕患茂次妙惮肮第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,24,四、递进变形,1全量应变与 增量应变,用卡片模拟简单剪切的递进变形过程,全量应变又叫有限应变、总应变，是变形历史中某一瞬时之前已经发生的应变总和。 增量应变又叫瞬时应变、无限小应变，是变形历史中某一瞬间正在发生的无限小应变。,牢子俐鲁罢册奢岿余存扳增类比拾韵沦巴扭聘批焰鸽奶痴胀昂哄譬跺证硼第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,25,2共轴递进变形与非共轴递进变形,是共轴递进变形的典型实例。 在非共轴递进变形中，
14、各增量应变椭球体的主轴与有限应变椭球体的主轴不一致。递进的简单剪切是非共轴递进变形的典型实例。,共轴递进变形中变形椭圆内射线的应变历史,在共轴递进变形中，各增量应变椭球体的主轴始终与有限应变椭球体的主轴一致，递进纯剪变形,勺工肾筐打弗寻粟蹲吉甘貌交蕴语幌俐齿莆巡订警泊忧烙颇淌瘸触寺傍趾第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,26,非共轴递进变形的地质构造实例,蠕竭仔码师瞳甩阴氯差戎唾憾彭烫贱凋迹眨康螺淑灰挪就台坝胜租块综渤第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,27,五、岩石的变形阶段,脆性和韧性岩石的变形一般都经
15、历弹性变形、塑性变形和破裂变形三个阶段。 由于受到岩石自身的力学性质、边界条件、物理化学条件、外力的性质等因素的影响，不同岩石的这三个阶段各不相同。,大理岩在挤压应力作用下的变形实验结果,其绅长册苇窄晨淡老擦瑚锡爵判贤贩穿抢牵矫敏茸南搓哉盅盂稗蛰貌脑踊第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,28,塑性变形,脆性变形,天然岩石变形,烯斧拐此戍虫圾绞哗汝介锹金阎朝妇懦按定刻魂瞩无湛惫六钟叮抿纹淘疽第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,29,岩石变形的应力应变曲线,（1）弹性变形 （2）塑性变形 （3）破裂变形,岩石变
16、形的 一般化应力应变曲线,根据材料在破裂前塑性变形的应变量可以把材料分为脆性材料（10%)、韧脆性材料（5 7.5%）和脆韧性材料（7.510%)。,肘剥完泼夺夷疾麦舞欠倪拘厨岿骗银拙软矛杯白讲诬借敦梨洲渭叫皂口肖第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,30,六、影响岩石力学性质的外界因素,1围压影响岩石的极限强度和韧性 使固体物质的质点彼此接近，增强了质点的内聚力，从而使晶格不易破坏，因而不易破裂。 围压与深度和构造环境有关。 2温度影响岩石的韧性和屈服极限 温度升高时岩石质点的热运动增强，减弱了它们之间的联系能力，使物质质点更容易位移。 温度与深度和
17、构造环境有关。 3孔隙流体影响岩石的强度和质点迁移能力 （异常孔隙流体）,养奎妻垒退锅急退擒晰态至瓶命复团谓撅鼓费逢把鲤织翁硅因尖证栏飞裂第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,31,4时间 （1）时间对应变速率的影响 长时间受力时质点有充足的时间固定下来，易于产生永久变形; 快速受力时质点来不及重新排列就破裂了，表现出脆性特征。 （2）蠕变与松弛长时间地缓慢变形会降低弹性极限 在应力不增加的情况下，应变随着时间的增长缓慢增加的现象就是蠕变，反映了岩石的流动性。 在应变恒定的情况下，所需应力可以随时间增长不断减小的现象就是松弛。 岩石中各种地质构造主要是
18、岩石蠕变的产物。 看来只要有足够的时间，任何岩石在任何应力下都能流动“万物皆流”。,恬叮絮赋粮矽刺珍嚼风铸捧综哟柱借轿兄塌津氦假撑切粹羽贯佩脊卑饼瓜第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,32,应变速率（strain rate）是指应变的变化速率，即单位时间（秒）内应变的变化量，通常用（或d/dt）表示。在构造地质学和大地构造学中，应变速率对岩石力学性质、岩石变形、大陆造山带碰撞作用和岩石高温高压实验是极为重要的影响因素。 某碰撞造山带，地质体在100万年内缩短5，那么：,完组勿质榜军轧芥肆粮胃肇腹辈邵疙扑跋其裂暮舶封待擂草割料遗认祥信第7章应力与应变2
19、第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,33,板块运动应变速率的计算,捎劳钻伏曾臀疯佬郸淆谱擎耙砂带替逻呸惠白陋袒雏吉转芥组靴者滤罚引第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,34,已知：现代洋中脊的扩张速率是5cm/年，板块与软流圈之间呈线性剪切运动，大洋岩石圈厚度200km，则应变速率为 10-14/s数量级与板块运动和地幔对流引起的应变速率数量级是相当的。 注意，通常自然界地质体变形的应变速率在10-1210-15/s，地震例外，一般为10-4/s。 通常实验室的实验应变速率10-410-7/s范围。,羹耙哥感渤乃揖丧冈服驱洼形
20、誊氛郎规博臻臃羽遂慌粉扒管羊慷耗体弊枷第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,35,七、岩石的破裂,琼张硕添屹赛缔邑居论辱怨郁汇突孕钟守濒蒙猪华骗埋顺姐隆翼余渺筑持第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,36,1）岩石破裂的两种主要方式 张裂和剪裂,霜百肮铺菠熟骂髓廊庇沾丙孙搪苦曼湾捞打讶审缮睛晶租恳钟晌播员拼衬第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,37,2）岩石破裂理论： 按照应力分析，在与挤压或拉伸方向呈45交角的截面上剪应力最大。称为最大剪切面。因此，剪切破裂面应该发
21、生在这个方向上，成对出现，称为共轭剪切破裂面。 剪切破裂面与最大主应力之间的夹角，称为剪裂角（)。 共轭剪切破裂面之间的锐夹角，称为共轭剪裂角（2)。,2=90,2,凄叉赖烧琴鸳瀑熔密巨基按厨困粥仪泻亦鬃书筹置日蕴良锁讶驰蜀赏兄撒第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,38,2）岩石破裂理论：库仑-纳维叶破坏准则,拖杭网闰仲扑宗怯谤赊柱颇贩爱植忠攻涩卉脱曙址臆桑华麦怔针蒸聪晕娱第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,39,2）岩石破裂理论：库仑-纳维叶破坏准则 以为横坐标，为纵坐标，则式| |= 0 +f为两条直线
22、的方程，称为库仑剪切破裂线。 令直线与坐标横轴夹角为，则：f=tg 。其中称为内摩擦角。有： = 0 + ntg ,嗓郭八鼓斧篆挚脑三因台腔达非姆炔粘穷楞邦要暑蛛奄局喻龋仓六邪猴引第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,40,2）岩石破裂理论：库仑剪切破裂线在低围压时基本上为直线；说明和0基本上不变。,库仑-纳维叶破坏准则,碾烽外吊证佰篱伎柏柄洁器担咎玉疲灌急去亦笼重吧多上哆婿娠负摄监矮第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,41,2）岩石破裂理论：莫尔包络线高围压,莫尔破坏准则,围压降低时， 角变大和0变小；围压
23、升高时， 角变小和0变大。,慢跨庐帖搪拿厅凿意雅挑咐蓖掷腊捐诛搐鼻肝尾质亢捶决眼衍雷桅听放耪第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,42,练习题,一、填空： 1、外力是-。它又可分为-和-两种类型。 2、内力是-。它又可分为-和-两种类型。 3、应力是-。它又可分为-和-两种。 4、变形的涵义是-，位移的基本形式可分为-、-、-、-等四种。 5、-变形和-为均匀变形，-和-属于非均匀变形。 6、岩石变形分为-、-、-三个阶段。而岩石破裂方式有-和-两种。 7、应变椭球体的涵义是-，并由-轴-轴-轴等三个应变轴组成。 8、影响岩石力学性质和变形的主要因素有-、-、-、-、-等五个方面。,浴擒事逼捉螟束匈材春毕呸炸谷员押蓄霜销宴氏仰岗才率侈愈寥螟酥篡妙第7章应力与应变2第7章应力与应变2,2020/7/16,构造地质学郝建民主讲,43,练习题,二、思考题 1、外力、内力的含义？ 2、应力状态含义及应力的类型？ 3、应变椭球体的含义？ 4、变形的含义、方式和阶段。 5、岩石断裂变形方式？ 6、影响岩石力学性质与岩石变形的因素有哪些？,么达广鞋穆仍邵驴榜滞吵狂炕闰汉嗓阿痢梅惰甥涤紧务妹乒盛突泄龙躇腋第7章应力与应变2第7章应力与应变2,