構(gòu)造動(dòng)力分析 變形分析

1、第三章第三章構(gòu)造動(dòng)力分析構(gòu)造動(dòng)力分析分層受力分層受力 熱動(dòng)力熱動(dòng)力 應(yīng)力應(yīng)力地球系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)地球系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 整體性、層次性、開放性、自組織性、相似性、整體性、層次性、開放性、自組織性、相似性、關(guān)聯(lián)性、活動(dòng)性、階段性（漸變性與突變性）關(guān)聯(lián)性、活動(dòng)性、階段性（漸變性與突變性）地球系統(tǒng)的基本特性地球系統(tǒng)的基本特性地球是地球內(nèi)部圈層、表層圈層、外部圈層地球是地球內(nèi)部圈層、表層圈層、外部圈層相互作用的復(fù)合體，是一個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。相互作用的復(fù)合體，是一個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。地球地球-太陽(yáng)系中人類居住的星球太陽(yáng)系中人類居住的星球 1 地球分層受力地球分層受力地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與溫度分布與溫度分布（

2、Mattauer，1980)地殼的構(gòu)造層次地殼的構(gòu)造層次構(gòu)造動(dòng)力構(gòu)造動(dòng)力1.熱動(dòng)力熱動(dòng)力2.應(yīng)力應(yīng)力3.引力（重力）引力（重力）4.隕擊力5.地球自轉(zhuǎn)（速度變化，Coriolis force） 6.電磁力熱膨脹熱膨脹熱變形熱變形熱流動(dòng)熱流動(dòng)溫度升高，巖石流變性增強(qiáng)。溫度升高，巖石流變性增強(qiáng)。2. 2. 熱動(dòng)力熱動(dòng)力韌性剪切帶韌性剪切帶CUGCUGCUGChina University of Geosciences下地殼流動(dòng)下地殼流動(dòng) Channel flow （渠流）（渠流）Bird (1991)提出，地殼加厚的造山帶或高原下地殼非線性變形物質(zhì)在地貌負(fù)荷的側(cè)向壓力梯度作用下從山根向外側(cè)向流動(dòng)。

3、Channel flow 的應(yīng)用的應(yīng)用NelsonNelson等（等（ 19961996）用于青藏高原南部。GangdeseHot spot火山島鏈、熱點(diǎn)、地幔柱火山島鏈、熱點(diǎn)、地幔柱夏威夷夏威夷地幔柱地幔柱粘性流動(dòng)粘性流動(dòng)3. 應(yīng)力應(yīng)力外力和內(nèi)力外力和內(nèi)力 處于地殼和巖石處于地殼和巖石圈中的任何地質(zhì)體，圈中的任何地質(zhì)體，都會(huì)受到相鄰介質(zhì)的都會(huì)受到相鄰介質(zhì)的作用。作用。 外力外力 被研究物體（對(duì)象）以外的被研究物體（對(duì)象）以外的物體施加于被研究物體的作物體施加于被研究物體的作用力。用力。 內(nèi)力內(nèi)力 由外力作用引起的物體內(nèi)部由外力作用引起的物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力。各部分之間的相互作用力。

4、 應(yīng)力應(yīng)力單位面積上的作用力的大小。單位面積上的作用力的大小。 作用力作用力 / 面積面積 P / A dP / dA 當(dāng)當(dāng)P不垂直于作不垂直于作用面用面dF時(shí)，分解時(shí)，分解成兩部分：成兩部分： dN: 與正應(yīng)力有與正應(yīng)力有關(guān)關(guān) dT: 與剪應(yīng)力有與剪應(yīng)力有關(guān)關(guān) 應(yīng)力是矢量（有方向和大小應(yīng)力是矢量（有方向和大小)。正應(yīng)力正應(yīng)力 垂直于被作用面垂直于被作用面 的應(yīng)力，用的應(yīng)力，用 表示表示 剪應(yīng)力：剪應(yīng)力： 平行于被作用平行于被作用面的應(yīng)力，用面的應(yīng)力，用 表示。表示。應(yīng)力符號(hào)應(yīng)力符號(hào) 正應(yīng)力以擠壓為正、以拉張正應(yīng)力以擠壓為正、以拉張為負(fù)。為負(fù)。應(yīng)力單位及換算應(yīng)力單位及換算見見P25 P25 表

5、表3-13-1 單元體三個(gè)正交截面上單元體三個(gè)正交截面上剪應(yīng)力分量都為零，只剪應(yīng)力分量都為零，只有正應(yīng)力作用。這種情有正應(yīng)力作用。這種情況下的正應(yīng)力稱為該點(diǎn)況下的正應(yīng)力稱為該點(diǎn)的主應(yīng)力，以的主應(yīng)力，以 1 1、 2 2、 3 3表示。表示。主應(yīng)力主應(yīng)力 1 1 2 2 3 3 ， 1 1、 2 2、 3 3分分別代表最大、中間和最小主別代表最大、中間和最小主應(yīng)力。應(yīng)力。擠壓為正擠壓為正拉張為負(fù)拉張為負(fù) 主方向主方向主平面主平面應(yīng)力橢球應(yīng)力橢球主應(yīng)力作用的方向主應(yīng)力作用的方向三個(gè)分別包含其中兩個(gè)主應(yīng)力的正交截面三個(gè)分別包含其中兩個(gè)主應(yīng)力的正交截面應(yīng)力莫爾圓應(yīng)力莫爾圓 一點(diǎn)的應(yīng)力狀一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可

6、以用應(yīng)力莫爾態(tài)可以用應(yīng)力莫爾圓圖解的方法表示。圓圖解的方法表示。 1 2在二維應(yīng)力系統(tǒng)，以在二維應(yīng)力系統(tǒng)，以 1為橫坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)、 2 為為縱坐標(biāo)，任一單位斜截面縱坐標(biāo)，任一單位斜截面AB，其法線與，其法線與橫坐標(biāo)橫坐標(biāo) 1的夾角為的夾角為 。 當(dāng)受到雙向擠壓應(yīng)力的作用，在這當(dāng)受到雙向擠壓應(yīng)力的作用，在這個(gè)截面上的應(yīng)力個(gè)截面上的應(yīng)力 1和和 2可表示在應(yīng)力莫可表示在應(yīng)力莫爾圓上。爾圓上。 二維應(yīng)力莫爾圓二維應(yīng)力莫爾圓以以 1- 2為直徑為直徑 1 當(dāng)當(dāng) =0 、45 、 90 截面出現(xiàn)什么應(yīng)力狀態(tài)？截面出現(xiàn)什么應(yīng)力狀態(tài)？A. A. 單軸壓應(yīng)力單軸壓應(yīng)力 B. B. 靜水壓力靜水壓力 C. C

7、. 三軸壓應(yīng)力三軸壓應(yīng)力 D. D. 雙軸壓應(yīng)力雙軸壓應(yīng)力 E. E. 平面應(yīng)力平面應(yīng)力 F. F. 純剪應(yīng)力純剪應(yīng)力 1= 2 = 3有無形變？有無形變？ 1 2 =0 3 1 2 =0 3 3 = 1 1 2 3 ？ 1 2 3 ？掌握第四章第四章 變形巖石應(yīng)變分析基礎(chǔ)變形巖石應(yīng)變分析基礎(chǔ)位移與形變位移與形變應(yīng)變的量度應(yīng)變的量度應(yīng)變橢球體應(yīng)變橢球體均勻形變與非均勻形變均勻形變與非均勻形變有旋變形和無旋變形有旋變形和無旋變形遞進(jìn)變形遞進(jìn)變形1. 位移和變形位移和變形 處于地殼和巖石圈中處于地殼和巖石圈中的任何地質(zhì)體，受到力作的任何地質(zhì)體，受到力作用而會(huì)發(fā)生變形。用而會(huì)發(fā)生變形。 變形是指地質(zhì)

8、體（物變形是指地質(zhì)體（物體）初始形狀、方位或位體）初始形狀、方位或位置發(fā)生了改變。置發(fā)生了改變。 位移是指地質(zhì)體（物體）位移是指地質(zhì)體（物體）及其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)初始位置的改及其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)初始位置的改變。變。 通過物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的初始位通過物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的初始位置和終止位置的變化來表達(dá)。置和終止位置的變化來表達(dá)。 位移方式位移方式 四種四種: 平移平移 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 形變形變 體變體變平移：平移： 變形前后質(zhì)點(diǎn)位置的平行移動(dòng)變形前后質(zhì)點(diǎn)位置的平行移動(dòng)旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)： 變形前后物質(zhì)線方位的改變變形前后物質(zhì)線方位的改變體變：變形前后物體體積的改變體變：變形前后物體體積的改變變形前后物體形狀的改變變形前后物體形狀的改

9、變形變形變2. 應(yīng)變的度量應(yīng)變的度量 應(yīng)變是指變形前應(yīng)變是指變形前后物體的形狀、大小后物體的形狀、大小或物質(zhì)線方位的改變或物質(zhì)線方位的改變量。量。 線應(yīng)變線應(yīng)變 指變形前后物體中線段長(zhǎng)度的改變量，一指變形前后物體中線段長(zhǎng)度的改變量，一般用般用e表示：表示： e=（L1-L0）/L0（1）式中）式中L0和和L1分別代表變形前和變形后線段的分別代表變形前和變形后線段的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度。規(guī)定：伸長(zhǎng)應(yīng)變?yōu)檎?、縮短應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。規(guī)定：伸長(zhǎng)應(yīng)變?yōu)檎?、縮短應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。L0L1應(yīng)應(yīng)變變測(cè)測(cè)量量 剪應(yīng)變剪應(yīng)變 變形前相變形前相互 垂 直 的 兩互 垂 直 的 兩條 物 質(zhì) 線 ，條 物 質(zhì) 線 ，變 形 后 其 夾

10、變 形 后 其 夾角 偏 離 直 角角 偏 離 直 角的改變量。的改變量。 剪變角為剪變角為 ， 的的正切為剪正切為剪應(yīng)變應(yīng)變 。 L1L0L =tan 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的剪應(yīng)變?yōu)檎?，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的剪應(yīng)變?yōu)檎?，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的剪應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的剪應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。應(yīng)變測(cè)量應(yīng)變測(cè)量變形化石變形化石3. 應(yīng)變橢球體應(yīng)變橢球體 單位圓球體經(jīng)均勻應(yīng)變變單位圓球體經(jīng)均勻應(yīng)變變成的橢球體稱為應(yīng)變橢球體。成的橢球體稱為應(yīng)變橢球體。三個(gè)主軸三個(gè)主軸三個(gè)應(yīng)變主平面三個(gè)應(yīng)變主平面兩個(gè)共軛截面兩個(gè)共軛截面CAB、AC、BC 或或XY、XZ、YZ4. 均勻形變和非均勻形變均勻形變和非均勻形變 均勻形變均勻形

11、變 變形物體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變特征相同。變形物體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變特征相同。 非均勻形變非均勻形變 變形物體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變特征發(fā)生不同的變化。變形物體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變特征發(fā)生不同的變化。5. 有旋變形和無旋變形有旋變形和無旋變形有旋變形有旋變形（旋轉(zhuǎn)變形）（旋轉(zhuǎn)變形） 無旋變形無旋變形（非旋轉(zhuǎn)變形）（非旋轉(zhuǎn)變形） 簡(jiǎn)單剪切變形與純剪變形簡(jiǎn)單剪切變形與純剪變形6. 遞進(jìn)變形遞進(jìn)變形 物體變形的最終狀態(tài)與初始物體變形的最終狀態(tài)與初始狀態(tài)對(duì)比發(fā)生的變化，稱為有限狀態(tài)對(duì)比發(fā)生的變化，稱為有限應(yīng)變或總應(yīng)變。應(yīng)變或總應(yīng)變。 有限應(yīng)變或總應(yīng)變的過程有限應(yīng)變或總應(yīng)變的過程是一個(gè)由許多微量應(yīng)變的逐次疊是一個(gè)由許多微量應(yīng)變的逐次疊

12、加過程，這種變形的發(fā)展過程稱加過程，這種變形的發(fā)展過程稱為為遞進(jìn)變形遞進(jìn)變形。有限應(yīng)變和增量應(yīng)變有限應(yīng)變和增量應(yīng)變遞進(jìn)變形過程任一階段遞進(jìn)變形過程任一階段的應(yīng)變可分解為兩部分：的應(yīng)變可分解為兩部分：已經(jīng)發(fā)生了的有限應(yīng)變；已經(jīng)發(fā)生了的有限應(yīng)變；正在發(fā)生的無限小應(yīng)變正在發(fā)生的無限小應(yīng)變或增量應(yīng)變?；蛟隽繎?yīng)變。 共軸遞進(jìn)變形共軸遞進(jìn)變形 在遞進(jìn)變形過程中，在遞進(jìn)變形過程中，如果各增量應(yīng)變橢球的主如果各增量應(yīng)變橢球的主軸始終與有限應(yīng)變橢球的軸始終與有限應(yīng)變橢球的主軸一致，這種變形叫共主軸一致，這種變形叫共軸遞進(jìn)變形。軸遞進(jìn)變形。 否則叫非共軸遞進(jìn)變形。否則叫非共軸遞進(jìn)變形。 共共軸軸遞遞進(jìn)進(jìn)變變形形123LLL非 共 軸 遞 進(jìn)非 共 軸 遞 進(jìn)變形變形典型實(shí)例：典型實(shí)例：遞進(jìn)的簡(jiǎn)單剪切遞進(jìn)的簡(jiǎn)單剪切巖石流變參數(shù)巖石流變參數(shù)1、溫度：溫度升高，巖石流變性增強(qiáng)。當(dāng)溫度達(dá)到巖石熔融溫度的一半，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)，形成糜棱巖。如石英為350，橄欖石為1000。測(cè)溫方法：包裹體測(cè)溫、地質(zhì)溫度計(jì)、大地?zé)崃鳒y(cè)量。2、壓力（圍壓）：測(cè)壓方法：壓力計(jì)、P-T