地质构造分析的力学基础讲解.ppt

第三章 地质构造分析的力学基础 一、 应力分析 二、变形分析 三、影响岩石力学性质与岩石变形的因素 一、 应力分析 地壳中地质构造是地壳中的作用力达到和超 过岩石的 强度极限或屈服极限 , 岩石发生构造变形 而形成的 , 所以 , 地质构造的形成与力之间存在着 密切的依存关系 . 要研究地质构造的成因 , 形成机 制 , 发展和组合规律 , 就要研究力在地壳中的分布 规律 , 活动规律 , 变化规律 , 时间和空间规律 , 要研 究地质构造与作用力的之间的几何和空间关系 , 从 而由地质构造的特征去追溯地质历史时期作用力 的方式、方向和大小 , 及其时空变化规律。 第三章 地质构造分析的力学基础 一、 应力分析 （一）有关力的一些概念 1. 外力的概念 : 对于一个物体来说 , 另一个物体施加于这个物 体的的力称为 外力 . 外力又可分为 面力 和 体力 两种类型 : 面力 : 通过接触面作用于物体的力 体力 : 物体内每一个质点都受到的力 , 它不通 过接触 , 而是相隔一定的距离相互作用 , 如太空星 球之间的吸引力 , 物体的重力等 2. 内力的概念 : 物体内部各部分之间的相互作用力叫 内力 内力又可分为 固有内力 和 附加内力 两种类型 : 固有内力 : 一物体未受外力作用时 , 其内部质 点之间存在的相互作用力 , 这种相互作用力使各质 点处于相对平衡状态 , 从而使物体保持一定的形状 , 这种力称为物体的 固有内力 . 附加内力 : 物体受到外力作用时 , 其内部各质点的相对 位置发生了变化 , 它们之间的相互作用力也发生了 变化 , 这种物体内部内力的改变量称为 附加内力 3. 应力的概念 : 一物体受外力 P 的作用 , 物体内部产生与外力作用相 抗衡的附加内力 p, 将物体沿 截面 A 切开 , 取其中一部分 , 此 时 , 截面 A 上的附加内力与外 力 P 大小相等 , 方向相反 . 应 力 可定义 为 受力物体内任意 一截面单位面积上的附加内 力。 写为 : s =P/A 应力的单位是帕斯卡 (Pa) 或兆帕 (MPa), 并规定 , 挤压力 为“正” , 拉张力为“负” . 4. 附加内力的分解 在物体内任意选取一个 与外力作用方向不相垂直的小 截面 dF, 作用于截面 d F 上的 附 加内力为 dP , 根据平行四边形 法则 , 可将内力 dP 分解为垂直 于截面 d F 的分力 dN , 及平行 于截面 d F 的分力 dT. 合应力 : s f =dP/dF 正应力 : 垂直于截面 dF 上的 应力 s= dN/dF 剪应力 : 平行于截面 dF 上 的应力 t =dT/dF 规定 : 顺时针剪切为 “负” , 逆时针剪切为“正” （二） 应力状态和应力椭球体 1. 应力状态 : 点的应力状态 : 过物体中某一点的 各个不同方向截面上的应力情况 截取包含该点的一个小单元体 , 一 个正六面体来研究 . 如单元体选择在六 个面上只有正应力的作用 , 而无剪应力 的作用，这六个面上的正应力叫做 主 应力 。 若单元体六个截面上的三对主应力 的值都相等时 , 称为等应力状态 , 在这 种应力状态下 , 物体只发生体积膨胀或 收缩的变化而不会产生形态变化 ( 畸变 ). 当单元体六个截面上的三对主应力不 都相等时 , 单元体截面上存在 最大主应 力 s 1 , 中间主应力 s 2 和最小主应力 s 3 , 这 种应力状态可导致物体形态变化 ( 畸变 ), 其中 s 1 - s