第四章变形力学分析与变形机制.ppt

3. 摩尔圆法 要求：应变标志体变形后可辨认变形前相互垂直的标志线。 2α α 2θ θ ψ1 ψ2 ψ1 ψ2 4. 心对心法－Fry法 第三节 岩石力学性质 应力作用下岩石所表现的变形行为特征。 Mechanical Behavior of Rocks 弹性变形：应力－应变曲线为直线，应力与应变量成正比，除 去应力，岩石立即恢复原状。遵从虎克定律：σ= E e 。 屈服应力：当应力超过某一极限值，应力－应变曲线的斜率明 显减小，除去应力后岩石将不能完全恢复原状，该极限应 力值即为屈服应力。 σ 2=σ3=围压 e1 e2 σy σy’ σ p e 永久变形：应力超过屈服应力，除去应力后岩石将不能完全恢复 原状，不能恢复的变形称为永久变形。 塑性变形：未失连续性（即不产生破裂）的永久变形，一般是 由物体内部质点化学键重新排列的结果，如动态重结晶、  位错滑动等。 完全塑性变形：在屈服应力作用下，岩石以韧性方式连续变形， 应力－应变曲线斜率等于零。 粘性变形：流体在应力作用下所表现出的一种永久变形。 e1 e2 σy σy’ σ p e 应变强化：在重复施力作用下，岩石屈服应力增大的过程。 也可定义为：在超过屈服应力的塑性变形中，持续的变形需要不断增大的应力的变形行为，从而使应力－应变曲线具有一个小的正斜率。 应变弱化：在重复施力作用下，岩石屈服应力减小的过程。 也可定义为：在超过屈服应力的塑性变形中，持续的变形需要越来越小的应力的变形行为，从而使应力－应变曲线具有一个小的负斜率。 e1 e2 σy σy’ σ p e 破裂：应力超过某一极限值时，岩石质点间失去结 合力而产生不连续面的过程。 岩石强度：岩石发生破裂时的极限应力值。 抗拉抗剪抗压 e1 e2 σy σy’ σ p e 破裂前的应变小于3-5%材料为脆性材料；破裂前的应变大于5-10%的材料称为韧性或延性材料。材料的脆性和韧性并非固定，而是随着变形环境而变化。 脆性变形：岩石在弹性变形域发生破裂的变形行为。 脆性变形常与弹性相关。 韧性变形：岩石破裂前是发生显著的永久变形的变形 行为。韧性变形与粘性或塑性相关。 脆性变形与韧性变形 第四节 影响岩石力学性质的因素及构造层次 所谓岩石力学性质主要指 其屈服应力和破坏强度。 主要取决于岩石的成分、 结构和构造。 但同样受岩石变形时所处 环境的很大影响，其中包括围 压、温度、流体和应变速率等。 例如，同一种岩石在有水 的条件下破裂强度会降低。而 在高温时其屈服应力会降低，表现为在很小应力下的塑性变形。 e1 e2 σy σy’ σ p e 一、围 压 围压：岩石所受的围限压力，一般指处于地壳中的岩石 所受上覆岩石产生的静岩压力 增大岩石的破裂强度；增大岩石的韧性 原因在于高围压下使晶体凝聚力增大，质点彼此接近，其晶格不易破坏，即不易发生断裂，只能滑移，故表现为塑性变形 围压随深度增加 而增加 二、温 度 降低岩石的屈服应力，增大岩石的韧性，使其易于塑性变形 温度增高时，岩石质点(分子)的热运动增强，从而减弱它们之间的联系能力，使物质质点更容易位移。因此，当温度升高到适当程度时，较小的应力也能使岩石发生较大的塑性变形 地壳中由于地温 梯度的存在，使 岩石温度向深部 升高 三、时间（应变速率） 作用时间增长（应变速率降低），降低岩石的屈服应力， 增强岩石的韧性。 岩石受缓慢长时间外力作用时，质点有充分时间通过移动而重新定向，从而产生于永久变形。快速变形时，质点来不及重新排列就发生破裂，所以呈现脆性变形。 蠕变与松弛 蠕变：在恒定应力作用下，应变随时间持续增长的变形 松弛：在恒定变形情况下，岩石中应力随时间的减小 应变：岩石变形的度量，即岩石形变和体变程度的 定量表示 物体变形时内部各质点的相对位置发生变化 变化的两种方式： 一般通过线应变和剪应变定量说明物体的变形程度 二、应 变 1）线段长度的变化，称为线应变 2）线段方位的变化，用两线间角 度变化表示，称为剪应变 伸长度：单位长度的改变量 e = (l - l0) / l0 长度比：变形后的长度 与原长之比 S = l / l0 = 1 + e