脆性变形断层的力学分析.pptxVIP

脆性变形断层的力学分析断层形成得相关因素 断层或破裂形成就是一个复杂得动力学过程,也就是一个复杂得课题,涉及以下有关因素:岩石本身得力学性质断层作用得应力状态断层形成得物理环境断层形成得应变速率应力状态 为了确定任一点截面上得分布内力,引进应力概念△P:内力σn:正应力τ: 剪应力 当物体受到载荷作用时内部各点应力就是不同得,而且不同得截面方位,其应力分量也就是不同得。应力不仅与所考察点得位置有关,还与该点所取截面方位有关。通过该点所有截面上应力得总体称为该点得应力状态。通常我们用:某一点附近微分体或微元体上得应力分量代表该点得应力状态。微元体或微分体上得9个应力分量应力场与构造应力场应力场:受力物体内部得每一个点都存在与之相对应得应力状态。物体内各点得应力状态所占据空间组成得总体,称为应力场。均匀应力场:物体内各点应力状态相同(即方向相同,大小相等)。例如理想单轴挤压与拉伸。非均匀应力场:物体内各点应力状态不相同。例如地壳中上覆岩石压力随深度而变化,σn=ρgh,所以地壳中重力场就是变化得。构造应力场:由构造作用所造成得应力场。通常区域应力场与全球应力场一般由重力与构造应力双重作用造成。岩石(材料)得强度 岩石(材料)强度定义:在特定应力作用下岩石材料发生破坏时所能支持或承受得最大应力差或差异应力(最大应力差或差异应力△σ=σ1-σ3)。材料得强度主要取决于:材料力学性质、应力作用方式、变形物理环境与应变速率(即T、P、?、应力作用方式、孔隙压力等)。通常在压缩条件下材料得强度比拉伸条件下得强度高得多,往往高10倍。岩石破裂得影响因素岩石材料类型应力作用方式围压条件(P)温度条件(T)孔隙流体应变速率(?)右图代表材料从脆性到韧性得过渡,也反映脆性材料随T、P增加而出现向韧性转化得趋势。岩石破裂或断裂准则岩石破裂或断裂就是指在外力作用下岩石所产生得介质不连续面。为什么岩石会产生断裂？影响因素很多,有两个因素就是关键因素:岩石破裂面得应力状态。即破裂面上应力状态必须达到岩石得临界或极限应力状态;岩石材料得力学性质。岩石破坏条件或断裂准则:岩石在临界或极限应力状态下,各点极限应力分量所应满足得条件。断裂准则理论莫尔破坏包络线;库伦断裂理论(最大剪应力理论) －水平直线型包络线理论;纳维叶断裂理论(库伦－纳维叶断裂准则)－斜直线型包络线理论;格里菲斯断裂准则－抛物线型包络线理论;莫尔破坏包络线应力莫尔圆就是一种应力状态分析得图解方法,可以计算受已知最大与最小主应力作用得岩体内任何截面上得剪应力与正应力。现在用应力莫尔圆方法来分析岩石对断裂破坏作用得阻抗情况。2θ2α (1)当θ=0?时, ?θ=?1,?θ= 0; (2)当θ=90?时,?θ=?2,?θ= 0; (3)当θ=45?或135?时,?θ= (?1-?2) / 2,最大值; (4)当?1=?2,?= 0时,均匀挤压或拉张,无剪应力; (5)在三维状态中,当?1= ?2 = ?3 时,为静水压力;应力莫尔圆得物理意义大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点在4000,15000,30000(psi)围压下,对三根圆柱体灰岩做标准压缩试验。每一次实验记录破裂时得最大主应力σ1、σ 3 (围压) 与破裂面或断裂面(即参考面、截面)得夹角θ,画成不同应力图。三个圆分别代表了试验时发生破裂得应力状态。分别画出一条与σn 轴呈2θ角得半径。各个圆与相应半径得交点坐标就就是岩石发生破裂时破裂面或断裂面上得正应力(σn)与剪应力(τ);各个圆与相应半径得交点就就是“破裂”或“破坏”点。连接各个应力圆得破裂或破坏点,即为岩石破坏时得莫尔包络线。莫尔包络线就就是材料发生破裂或破坏时各种极限应力状态应力莫尔圆得公切线。σ1σ2σ3σ3σ2σ1σ1 σ2= σ3莫尔包络线特征与意义莫尔包络线代表了岩石发生断裂作用时得临界应力值,当某一点应力状态得应力莫尔圆与莫尔包络线相切时,这点就开始发生破裂,因而也有人称莫尔包络线为破坏曲线。莫尔包络线可以就是一对直线,也可以就是一对曲线。莫尔包络线分开了不稳定域与稳定域。莫尔包络线总就是向最大主应力(压应力)方向张开,它表示岩石强度在压缩条件下比拉伸条件下要大。莫尔包络线与τ轴交于τ0值处,有时称τ0值为材料得粘聚力或内聚力。莫尔包络线与原点相交,说明材料不能经受任何张应力(如干砂得例子),即内聚力为零。不稳定域τ=τ0+μσn稳定域断裂线破裂方位与莫尔包络线形状得相互关系对于图中每一个应力莫尔圆,假如在P截面上发生破裂或断裂,包络线斜率为正,而且一般破裂角α(σ1与断裂或破裂面夹角)小于45o。P1点:断裂面与σ1呈30o斜交,挤压剪切破裂;P2点:断裂面与σ1呈25o斜交,拉张剪切破裂;P3点:断裂面与σ1平行0o,拉张破裂。库伦理论(最