岩石物理学6岩石的断裂.pptxVIP

《岩石物理学》授课人：黄文新地球物理与石油资源学院长江大学联系方式： E-mail：mailto:huangwx@huangwx@ mailto:nmrwxh@nmrwxh@ tel: 8060418(o) 球物理与石油资源学院《岩石物理学》第1章 岩石第2章 岩石孔隙度和渗透率 第3章 岩石中波的传播与衰减第4章 岩石的弹性第5章 岩石的变形第6章 岩石的断裂 第7章 岩石的强度地球物理与石油资源学院《岩石物理学》第6章 岩石的断裂 6.1 差应力作用下岩石的特性6.2 脆性断裂（brittle fracture) 6.3 岩石断裂力学6.4 流体对断裂的影响地球物理与石油资源学院第6章 岩石的断裂 我们所见到的岩石,都包含有大小不一的裂纹。大的裂纹，如巨大的地质断层，长达几千km，小的裂纹，如岩石样品中矿物内部的小裂纹，仅长几个μm。这些裂纹都是断裂的结果，可以说，地球表面岩石中的断裂无所不在。 大的断层：和地球动力学有关，特别是与地震的发生有密切关系。岩石断裂性质的研究已然成为研究地震过程的有力工具。类似于滑坡等地质灾害的研究，断裂以及沿断裂面的滑动，是决定发生失稳运动最重要的条件。’ 中型断层：如岩石中的节理、解理等层面，往往是决定岩石或岩体强度最主要的因素。决定岩石或岩体强度的因素很多，但在地下高温高压环境中，其中最重要的因案是岩石断裂后产生的断裂面的力学性状，这些断层对工程或开挖的稳定性有重要影响。 小型断层：包括微型的裂纹，对于岩石的输运特性有着关键的影响。它们形成的裂纹网络是岩石中液体输运的通道。许多矿产的形成，正是各种化学元素沿这些通道富集的过程，研究岩石内部的断裂和流体的输运，对于石油、天然气、地热开采等问题都是十分重要的。地球物理与石油资源学院6.1 差应力作用下岩石的特性 通常发现，在差应力作用下岩石的应力—应变曲线在宏观破坏以前，明显地偏离弹性行为，特别是当差应力较高时更是如此。有趣的是，在很低的流体静压力下，由于裂纹的闭合，岩石偏离线性（OA阶段); 当应力增高时，岩石接近线性（AB阶段)，差应力进一步增加时，岩石又偏离线性(BC阶段)，这种偏离主要是由于岩石宏观破坏之前，内部产生许多微裂纹，使岩石中的孔隙增加的缘故。岩石内部产生微裂纹的实验证据主要来自岩石体积应变的测量、声发射测量和岩石中弹性波速度的测量。6.1.1 岩石的膨胀(1) 岩石膨胀的定义： 在差应力作用下，岩石会发生变形，其体积的非弹性增加就叫做岩石的膨胀。地球物理与石油资源学院第6章 岩石的断裂 6.1 差应力作用下岩石的特性6.1.1 岩石的膨胀 膨胀不是指岩石变形过程中体积的增加，而是指非弹性部分体积的增加。图6-1 典型结晶岩石的差应力—体积应变曲线一般来说随差应力增加，岩石的体积是缩小的，但差应力超过某—值σB后,σd—εv曲线偏离了直线，如果岩石是完全弹性的σd—εv曲线应沿图中的θe直线上升，当差应力为σD时，岩石的体积应变为θc。 但实测曲线表明．对应于差应力σD的岩石体积应变为θ,偏离弹性的部分θc-θ代表了岩石体积的非弹性增加，叫做岩石的体积膨胀，用符号A来表示，即膨胀A＝ θc-θ图6-1 岩石膨胀的定义地球物理与石油资源学院6.1 差应力作用下岩石的特性6.1.1 岩石的膨胀 为了确定岩石的膨胀A, 必须知道在差应力σd作用下岩石的弹性变形．以这种弹性变形为参考基准，才能得到膨胀A·。通常是把在低差应力下岩石应力-应变曲线的线性部分外推，得到σd—εv曲线。但当岩石孔隙度较高，或者岩石巳发生了微破裂时，低应力下应力—应变曲线的线性不好，难于进行外推，这时可以把膨胀定义为观测到的实际体应变θ与在同样平均应力 下由流体静压力实验得到的体积应变之差。前一种方法比较简单，在处理实验资料时紧常采用，后一种方法物理意义清楚，在理论分析时经常采用。地球物理与石油资源学院6.1 差应力作用下岩石的特性6.1.1 岩石的膨胀图6-2给出了四种岩石的体积膨胀实验绍果地球物理与石油资源学院6.1 差应力作用下岩石的特性6.1.1 岩石的膨胀（2）岩石膨胀的特点岩石膨胀的局部化现象： 在岩石宏观破坏之前，膨胀在岩石内部不是均匀发生的，而是集中在局部地区，这个特点几乎是所有岩石膨胀的共同特征， 为了说明这种局部化现象，以济南辉长岩单轴压缩时膨胀的发展过程为例。从一块大岩块上，取五块相同的辉长岩样品进行单轴压缩．将样品分别加载到应力—应变曲线的A B C D 和E点后卸载（图6—3），把加载过的样品切开，作为岩石光片，观测岩石内部微裂纹的发展情况。地球物理与石油资源学院6.1 差应力作用下岩石的特性6.1.1 岩