構(gòu)造地質(zhì)學(xué)-第三章--應(yīng)力

1、第三章 構(gòu)造研究中的應(yīng)力分析基礎(chǔ),第三章 構(gòu)造研究中的應(yīng)力分析基礎(chǔ),地質(zhì)構(gòu)造是巖石變形的產(chǎn)物。巖石變形是在外力作用下，內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生位移的結(jié)果。要深入研究構(gòu)造發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律及其形成機制，需要學(xué)習(xí)和了解有關(guān)巖石變形的力學(xué)基礎(chǔ)知識。,第一節(jié) 應(yīng)力,對于一個物體來說, 另一個物體施加于這個物體的力稱為外力. 外力又可分為面力和體力兩種類型: 面力: 通過接觸面作用于物體的力。 體力: 物體內(nèi)每一個質(zhì)點都受到的力, 它不通過接觸, 而是相隔一定的距離相互作用, 如太空星球之間的吸引力, 物體的重力等。,1、外力,第一節(jié) 應(yīng)力,2、內(nèi)力,同一物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力叫內(nèi)力。,外力（P）和內(nèi)力（p）

2、圖示,內(nèi)力、外力是相對概念，視研究對象而定。,2、內(nèi)力,內(nèi)力又可分為固有內(nèi)力和附加內(nèi)力兩種類型: 固有內(nèi)力: 一物體未受外力作用時, 其內(nèi)部質(zhì)點之間存在的相互作用力, 這種相互作用力使各質(zhì)點處于相對平衡狀態(tài), 從而使物體保持一定的形狀, 這種力稱為物體的固有內(nèi)力。 附加內(nèi)力:物體受到外力作用時, 其內(nèi)部各質(zhì)點的相對位置發(fā)生了變化, 它們之間的相互作用力也發(fā)生了變化, 這種物體內(nèi)部內(nèi)力的改變量稱為附加內(nèi)力。下文所說內(nèi)力即附加內(nèi)力。,物體內(nèi)部某截面（如圖中n面）上的某點（如圖中m點）處截取一微小面積F， 設(shè)其上得作用力為P，則將,3、應(yīng)力截面法,稱為n截面上m點處的應(yīng)力，也可以稱為m點處n截面上的

3、應(yīng)力。,3、應(yīng)力正應(yīng)力、剪應(yīng)力,應(yīng)力P可以分解為兩個分量，正應(yīng)力垂直于截面n的分量，以表示；剪應(yīng)力與截面相切的分量，以表示。 規(guī)定： 擠壓應(yīng)力為正；拉伸應(yīng)力為負。 使物體沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力為正；使物體沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力為負 。,應(yīng)力矢量（p）是與截面聯(lián)系在一起的，通過地殼巖石中的任何一點（m），可作出無數(shù)個截面，因而存在無數(shù)個應(yīng)力矢量。故地塊中某一點的應(yīng)力狀態(tài)不能用一個簡單的矢量來表示。,過一點的所有截面的全部應(yīng)力矢量，才代表一點的應(yīng)力狀態(tài)。,一點的應(yīng)力狀態(tài)，在直角坐標系中可以近似地看成是一個無限微小的正六面體單元體。,為了表述一點處的應(yīng)力狀態(tài)，以考察點為中心，截取一個體積趨于零的

4、立方體，該立方體的六個表面上只有正應(yīng)力而沒有剪應(yīng)力作用。,此時的三對正應(yīng)力稱之為該點處的主應(yīng)力。按照大小分別用1、2和3表示。,主應(yīng)力的方向稱為該點的應(yīng)力主方向，所在截面則稱為該點的三個主平面。,一點的三個主應(yīng)力決定了該點的應(yīng)力狀態(tài)。,當物體內(nèi)一點主應(yīng)力123時, 可以取三個主應(yīng)力的矢量為半徑, 作一個橢球體, 該橢球體代表作用于該點的全應(yīng)力狀態(tài), 稱為應(yīng)力橢球體，其中長軸代表最大主應(yīng)力1, 短軸代表最小主應(yīng)力3, 中間軸代表中間主應(yīng)力2,沿橢球體三個主應(yīng)力平面切割橢球體, 可得三個橢圓, 叫應(yīng)力橢圓, 每一個應(yīng)力橢圓中有兩個主應(yīng)力, 代表二維應(yīng)力狀態(tài). 這三個應(yīng)力橢圓分別為: 1與2橢圓、1

5、與3橢圓、2與3橢圓。 構(gòu)成每一個應(yīng)力橢圓的所有矢量，都是作用在與該橢圓正交的所有平面上。,單軸應(yīng)力狀態(tài) 12=3=0， 單軸壓縮 1=2=03， 單軸拉伸,雙軸應(yīng)力狀態(tài) 12 3=0， 雙軸壓縮 12 =0 3，壓縮-拉伸（平面應(yīng)力狀態(tài)） 1 =0 2 3，雙軸拉伸,三軸應(yīng)力狀態(tài) 三個主應(yīng)力都不等于0 123， 一般應(yīng)力狀態(tài) 當1=2=3時，為均壓，稱作靜水壓力或流體靜壓力。這種狀態(tài)只引起物體體積變化，不改變其形狀。,為了求圖中虛線所示斜截面上的應(yīng)力分量，沿該線切下一個三角形微元體。設(shè)該界面面積為A，則微元體左側(cè)面和底面的面積分別為Acos和Asin， 建立兩個平衡方程,一點的應(yīng)力狀態(tài)在-坐

6、標系中可以表示為一個圓的方程,這個圓就是該點的應(yīng)力莫爾圓。圓上某點的坐標（，）就代表法線與最大主應(yīng)力1成角的的那個截面上所受到的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。,第一不變量 直交兩平面上的正應(yīng)力之和為一常數(shù)1+2 最大剪應(yīng)力狀態(tài)* 與主應(yīng)力成45或135 的截面上剪應(yīng)力最大 剪應(yīng)力互等定律 直交兩平面上的剪應(yīng)力大小相等，方向相反,分別包含1和2軸、2和3軸、1和3軸的3個二維應(yīng)力圓共同組成的區(qū)間內(nèi)的任一點的橫坐標和縱坐標，可以代表三維空間中某一截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。,三軸應(yīng)力狀態(tài)下，最大剪應(yīng)力仍作用在與最大主應(yīng)力軸呈45和135的截面上。,A、單壓0，B、靜水C、靜巖 0，D、雙軸壓縮0E、平面應(yīng)力，F(xiàn)、純

7、剪，0,第二節(jié) 應(yīng)力場,場點的集合 應(yīng)力場點應(yīng)力狀態(tài)的集合 應(yīng)力場：物體內(nèi)一系列點的瞬時應(yīng)力狀態(tài)稱應(yīng)力場。 均勻應(yīng)力場：應(yīng)力場中各點的應(yīng)力狀態(tài)如果都相同或相似稱均勻應(yīng)力場。 非均勻應(yīng)力場：應(yīng)力場中各點的應(yīng)力狀態(tài)從一點到另一點是不相同和變化的, 這種應(yīng)力場稱非均勻應(yīng)力場。,構(gòu)造應(yīng)力場:地殼中一定范圍內(nèi)某一瞬時的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)叫構(gòu)造應(yīng)力場。,構(gòu)造應(yīng)力場的規(guī)模分類: 局部構(gòu)造應(yīng)力場 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場 全球構(gòu)造應(yīng)力場,構(gòu)造應(yīng)力場的時間分類: 古構(gòu)造應(yīng)力場第三紀以前 新構(gòu)造應(yīng)力場第三紀以后 現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場 現(xiàn)在正作用于地殼的構(gòu)造應(yīng)力場,構(gòu)造應(yīng)力場中各點的主應(yīng)力(最大主應(yīng)力1、中間主應(yīng)力2、最小主應(yīng)力3)或/

8、和剪應(yīng)力作用方位的跡線叫應(yīng)力軌跡, 又稱應(yīng)力跡線或應(yīng)力網(wǎng)絡(luò)。表示某一范圍內(nèi)的應(yīng)力軌跡的圖即為應(yīng)力軌跡圖，能夠定性的表示某地質(zhì)體內(nèi)個點的應(yīng)力分布狀態(tài)。而主應(yīng)力或剪應(yīng)力的應(yīng)力等值線圖能定量的表示某個地質(zhì)體內(nèi)各點的應(yīng)力分布及其變化特點，因此這兩個圖件是常用的有效的應(yīng)力狀態(tài)表示方法之一。,A、剪應(yīng)力等值線圖 B、主應(yīng)力跡線 C、最大剪應(yīng)力跡線,由于地塊或巖塊內(nèi)部的局部不均勻和不連續(xù)性，在巖體內(nèi)部造成應(yīng)力場局部變化的現(xiàn)象。,地球的演化經(jīng)歷了漫長的歷史, 一個地區(qū)發(fā)生過多期次的構(gòu)造運動和構(gòu)造變形, 在早期構(gòu)造變形的部位, 尤其是在斷裂的端點, 拐折點, 分枝點以及兩條或兩條以上的斷裂的交匯處, 都是后期構(gòu)造應(yīng)力場的應(yīng)力集中部位。,有先存破裂的巖石受力后的應(yīng)力集中同受力條件有密切關(guān)系： 1、若張應(yīng)力方向與先存斷裂面垂直，則在破裂面兩端產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū) 2、若壓應(yīng)力方向與先存斷裂面垂直、則不出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)。 3、脆性巖石易引起應(yīng)