构造-04第三章地质构造分析的力学基础.ppt

前2式平方后相加，整理后得一圆方程 a a sn a s s s s 2 2 2 3 1 3 1 Cos - + + = t n a s s 2 2 3 1 Sin - = 二、二维应力分析—— 双轴应力状态 双轴压缩莫尔圆 三、三维应力分析 考虑三种特殊情况：分别平行于?2，?3和?1 的情况 四、构造应力场 场——点的集合 ； 应力场——点应力状态的集合； 应力场的简洁表示 ——应力迹线网络。 应力轨迹 简单剪切的光弹模拟实验 应力集中 构造地震——岩石脆性断裂。 地震预报的基本任务之一是确定地壳中应力集中的区域。 断层端点、拐点、交叉点比较容易造成应力集中。 本章要点 应力的类型 合应力，正应力，剪应力，主应力，差应力（应力差） 单轴、双轴应力状态分析 莫尔圆及莫尔圆的含义 应力思考题——问题 基本概念：应力、合应力、正应力、剪应力、静岩压力、差应力、主应力、应力椭球与应力椭圆 物体内部假想的面是任意方向的吗？ 什么是剪应力互等定律？ 作业：进行双轴应力状态分析，并说明莫尔圆的物理意义。 第三章 地质构造分析的力学基础 —应力分析 地质构造是在力的作用下，由组成地壳（或岩石圈）的岩石变形的产物。在力的作用下，岩石内部质点发生位移而引起变形。因此，要探索岩石变形、构造形成与发展的规律，岩石变形的力学基础知识是必不可少的。 地质构造分析的力学基础 应力 应变 岩石变形行为 第一节 应力与应力状态 1、力 力与力的性质 力：物体间的相互作用，它使物体发生运动状态的改变。 力是矢量，基本要素包括方向、大小和作用点。 外力： 面力（压力）：通过某一界面的相互作用力。 体力（重力、磁力）：分布于物体内所有质点的力。 内力： 固有内力：在没有外力作用时物体内质点间的相互作用力，它保持物体的形状和状态 附加内力：在外力作用下固有内力的改变量，它引起物体形状和状态的变化。 附加内力常称为内力。 外力和内力的相对性—尺度 第一节 应力与应力状态 2、外力和内力 第一节 应力与应力状态 3、应力 截面M-N上的平均应力：Pm=?P/ ?A，其中?P为作用在面积 ?A上的内力。 点O附近的应力(合应力)： P=lim ?P/ ?A=dP/dA （?A?0） I II O O 应力的单位： 力/面积—牛顿/米2（N/m 2)—即帕斯卡(Pa) 应力的性质： 应力为一个矢量，有大小、方向，可以合成和分解 第一节 应力与应力状态 3、应力 应力的分解 当截面与应力方向不垂直时，合应力可分解为垂直于作用面的正应力和平行于作用面的剪应力。 特别注意：应力与作用面密切相关 P A0 σ P Aα σn σα τ A0 α 第一节 应力与应力状态 3、应力 正应力 正应力也称作直应力，以σ或σn表示。 σ =σα cosα 正应力可以是压应力，也可以是张应力。 正应力符号规定： 压应力为正 张应力为负 第一节 应力与应力状态 3、应力 注意：方向与材料力学中的规定相反 Aα σn σα A0 α 剪应力 剪应力亦称作切应力，以τ或σs表示。 τ = σα sinα 剪应力符号规定： 使物体沿逆时针方向旋转的剪应力为正 使物体沿顺时针方向旋转的剪应力为负 Aα σα τ A0 α 第一节 应力与应力状态 3、应力 取岩石中P点附近的一个六面体单元体； 每个面上分解为三个平行于空间直角坐标系中三 个坐标轴的分量； 在平衡力系中，三个面上的九个应力分量限定了这一点的应力状态。 第一节 应力与应力状态 4、应力状态 点应力状态 1）点应力状态的应力矩阵表示 σx ?xy ?xz ?yx σy ?yz ?zx ?zy σz 点应力状态 在平衡力系中，依据剪应力互等定律，有： τxy= -τyx τxz= -τzx τyz= -τzy 即互相垂直平面上作用的相互垂直的一对剪应力大小相等，符号相反。 所以，空间一点的应力状态可以由 6 个独立的分量完全限定。 σx ?xy ?xz ?yx σy ?yz ?zx ?zy σz 在平衡力系中，虽然在一点附近可以有很多上述六面体，但总可以找到其中的一个，在三个互相垂直的面上只有正应力，而没有剪应力。这种面称主平面（或主应力面），其上的正应力称主应力。 主应力的方向线称为主应力轴或主方向。 主应力是空间一点上量值最大的正应力。 第一节 应力与应力状态 2）用主应力表示一点的应力状态 主应力与差应力 一点的应力状态可以用三个主应力的大小