第3章 地质构造分析的力学基础幻灯片.pptVIP

第3章 地质构造分析的力学基础 第1节　应力分析基础 本节主要内容 应力、正应力、剪应力的概念 主应力、主方向和主平面的概念与应力状态 应力莫尔圆的概念与特点 应力场、应力轨迹与应力集中 一、应力 几个相关概念 ?外力：一物体施加于另一个物体的力。 ?内力：同一物体内部各部分之间的相互作用力。 ?固有内力：物体未受外力作用时，内部各质点间已经存在的相互作用力称为物体的固有内力，即自然状态粒子结合力，它使各质点处于相对平衡状态，使物体保持固定的形状。?附加内力：物体受到外力作用时，内部质点之间的相互作用力也会相应地改变，这种内力的改变量称为附加内力。它阻止物体继续变形并力图恢复其原来的形状。构造地质学研究中非常关注附加内力。 2.应力 在物体内部某截面（如图中n面）上的某点（如图中m点）处截取一微小面积?F，设其上的作用力为?P，则将 3．一点的应力状态 地块中某一点处的应力一般是不能用一个简单的矢量来表示的。 以考察点为中心，总是可以截取一个体积趋于零的立方体，该立方体的六个表面上只有正应力而没有剪应力作用。这六个表面上受到 的三对正应力称之为该 点处的主应力，按照大 小分别用?1、?2和?3表 示。 3．一点的应力状态 主应力的方向称为该点的应力主方向，三对表面称为该点的三个主平面。 一点的三个主应力决定了该点的应力状态。 　单轴应力状态：只有一个主应 力值不为零。 　双轴应力状态或平面应力状态： 两个主应力值不为零，而另一 个主应力值为零。 　三轴应力状态：主应力均不为零。 4、应力椭球体 二、应力莫尔圆 1．双轴应力状态的特点 （1）剪应力互等：两个相互垂直的截面上受到的剪应力大小相等，符号相反； 2．三轴应力状态 一般利用与三个主应力轴分别平行的三对特殊截面上的应力状态来分析三轴应力状态。实际上是把三轴状态转化为双轴状态。 几种应力状态的二维应力莫尔圆 三、应力场、应力轨迹与应力集中 应力场：受力物体内各点的应力状态在物体占据的空间内组成的总体称为应力场。分均匀应力场和非均匀应力场。 应力场可用应力轨迹来表示，应力轨迹又称应力迹线、应力网络，是定性地表示主应力和最大剪应力作用方位的曲线。 应力集中 应力集中又称应力扰动，是由于岩块或地块内部的局部不均匀性和不连续性，在岩体内部造成应力场局部 变化的现 象。 圆孔附近的应力场扰动 思考题 外力、内力、正应力和剪应力的含义是什么？ 单轴、双轴和三轴应力状态的应力莫尔圆各有何特点？ 哪些因素可以在岩石中引起应力集中？ 第2节 应变分析基础 本节主要内容 变形、位移和应变的概念 应变的度量（线应变与剪应变） 旋转应变与非旋转应变 全量应变与增量应变 递进变形（共轴递进变形与非共轴递进变形） 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。体积变形、形状变形或二者均有。 均匀变形和非均匀变形 　　根据物体内部应变状态是否变化划分为均匀变形和非均匀变形。 均匀变形和非均匀变形 均匀变形和非均匀变形 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。 岩石发生位移的四种方式 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。 1．线应变 线应变是物体内某方向单位长度的改变量。 设一原始长度为l0的杆件变形后长度为l，则其线应变e为 实际上，杆件在纵向被拉长的同时，还有横向方向的变形，其横向线应变e0 为： 材料具有泊松比的性质表明，在单向拉伸或压缩条件下，既有平行于作用力方向的变形，又有垂直于作用力方向的变形，这就是泊松效应。 2．剪应变 3．主应变和应变主方向 三、应变椭球体 应变椭球体 应变椭球体 旋转应变与非旋转应变 旋转变形又称单剪应变，是由物质中质点沿着彼此平行的方向相对滑动而成。?1和?3质点线方向将会改变。 四、递进变形 1．全量应变与增量应变 2．共轴递进变形与非共轴递进变形 　　共轴递进变形 　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，递进纯剪变形是共轴递进变形的典型实例。 在递进变形过程中，如果增量应变椭球体的应变主方向与全量应变椭球体的应变主方向在每一瞬间互不平行，这种连续的变形叫非共轴递进变形。 思考题 什么是变形、位移和应变？ 线应变与剪应变的含义？ 简单剪切与纯剪有什么不同？ 全量应变与增量应变之间是什么关系？ 共轴递进变形与非共轴递进变形的概念。 第3节