构造地质学-GZDZ1-08分析地质构造的力学基础.ppt

影响岩石力学性质的各种因素 七、岩石的强度和断裂变形方式 §1.3 岩石变形分析 ⒈岩石的强度 当岩石所受应力达到或超过岩石的强度极限时，就会发生断裂。岩石的抵抗破坏的能力，称为岩石的强度。 同一岩石的强度, 在不同性质的应力作用下, 差别较大。 常温常压下一些岩石的强度极限 2 20－80 页岩 10 275 (200－350) 玄武岩 5－15 1－3 74 (11－252) 砂岩 12－20 3－6 96 (6－360) 石灰岩 10－30 3－9 102 (31－262) 大理岩 15－30 3－5 148 (37－379) 花岗岩 抗剪强度 (MPa) 抗张强度 (MPa) 抗压强度 (MPa) 岩石 岩石的 抗压强度抗剪强度抗张强度 七、岩石的强度和断裂变形方式 §1.3 岩石变形分析 ⒉岩石的断裂方式 岩石受力发生断裂的方式有张裂和剪裂两种， 张裂是在张力作用下产生的，当张应力达到或超过岩石的抗张强度时就会发生张裂。 剪裂是在剪应力作用下产生的。当剪应力达到或超过岩石的抗剪强度时就会发生剪裂。 受力类型 张裂 剪裂 挤压作用 拉伸作用 剪切作用 八、岩石剪裂角的分析 §1.3 岩石变形分析 ⒈岩石剪裂角和库仑剪切破裂线的概念 在岩石变形实验中发现, 岩石受到挤压力的作用, 会在与挤压力方向成一定交角的位置形成一对剪切破裂, 由于这一对剪切破裂是受同一作用力而形成的, 构造地质学中称这一对剪切破裂为共轭剪切破裂。 当岩石发生共轭剪切破裂时, 包含s1象限的共轭剪切破裂面中间的夹角称为共轭剪切破裂角（2θ） s1作用方向与剪切破裂面的夹角称为剪裂角（θ） 八、岩石剪裂角的分析 §1.3 岩石变形分析 二维应力状态的应力分析可知, 两组最大剪应力作用面与s1或最小主应力轴的夹角均为45°, 二剪裂面之间的夹角为90°, 二剪裂面的交线是中间应力轴s2的作用方向。 但从野外实地观察和室内岩石实验来看, 包含s1的共轭剪切破裂角常常90°, 通常在60°左右, 而共轭剪切破裂的剪裂角则45°, 也就是说, 两组共轭剪裂面并不沿理论分析的最大剪应力作用面的方位发育, 这个现象可用库伦、莫尔强度理论来解释。 §1.3 岩石变形分析 据岩石实验, 库伦剪切破裂准则认为, 岩石抵抗剪切破坏的能力不仅与作用在截面上的剪应力有关, 而且还与作用在截面上的正应力有关, 设产生剪切破裂的极限剪应力为t, 可写成如下关系式: t=t0+msn 式中t0 是当sn =0时岩石的抗剪强度, 在岩石力学中又称内聚力, 对于一种岩石而言t0是一常数。sn是剪切面上的正应力, 当sn为压应力时, sn为正值, t将增大;当sn为张应力时, sn为负值, t将减小; m为内摩擦系数, 即为上述直线方程中的直线的斜率, 如果以直线的斜角f表示, 则m=tanf, 因此, 上式可写成: t=t0+sn tan f §1.3 岩石变形分析 t=t0+sn tan f 上式为库伦剪切破裂准则的关系式, f为岩石的内摩擦角。在s、 t坐标的平面内, 上式为两直线, , 称剪切破裂线, 该线与极限应力圆的切点代表剪切破裂面的方位及其应力状态。图中可以看出, 该切点并不代表最大剪应力作用的截面,而是代表略小于最大剪应力的一个截面。其上的压应力值介于s1 、s3之间, 并接近s3 值。剪切破裂线总是向着s轴的负方向倾斜, 说明该截面上的剪应力值比最大剪应力值略小, 其上的压应力值却比最大剪应力面上的压应力要小得多, 因此, 该截面阻碍剪裂发生的抵抗力也就小得多, 所以, 在这个截面上最容易产生剪切破裂。 §1.3 岩石变形分析 t=t0+sn tan f 当岩石发生剪切破裂时, 剪裂面与最大主应力轴s1的夹角(剪裂角)q=45-f/2, 共轭剪裂角为2q=90°－f。由此可见, 剪裂角的大小取决于内摩擦角(f)的大小, 内摩擦角小, 剪裂角就大, 内摩擦角大, 剪裂角就小。 不同岩石的内摩擦角是不同的, 在变形条件相同的情况下, 脆性岩石的内摩擦角往往要大于韧性岩石的内摩擦角。 岩石沿着与最大主应力轴分别 呈45°-φ/2和135°- φ/2 夹角的两个剪面破裂。 §1.3 岩石变形分析 莫尔剪切破裂准则: 该准则认为, 相当多材料的内摩擦角f并不是一个固定的常数, 其破裂线的方程一般表达式为: t n =f (sn ) 该破裂线称莫尔包络线, 其为曲线, 包络线各