15变形影响因素.ppt

第四章 岩石力学性质及其影响因素 一、岩石力学性质的几个基本概念 二、影响岩石变形时力学性质的因素 内部因素 物性特征、各向异性（结构构造）；岩石强度 外部因素 温度，围压，孔隙流体压力，时间等 三、岩石断裂准则 岩石力学性质实验 材料变形的典型应力－应变曲线 常温常压下多数岩石表现为脆性 不同变形行为的应力-应变曲线 应力-应变-变形综合图解 粘性(viscosity)：流体内部各流层之间发生相对滑动时，层间的内摩擦的效应。 粘度（η）： 单位 Pa·s U为在Y轴方向的变化率 速度梯度：du/dy τ＝η dγ/dt （ dγ/dt 剪应变速率） 剪应力与剪应变速率成正比 常见材料的粘度：表5-2 各向异性 围压 温度 孔隙流体 时间 一、岩石各向异性对其力学性质的影响 二、围压对岩石变形行为的影响增大岩石强度、增大岩石韧性 几种岩石韧性与围压的关系 岩石屈服强度与围压的关系 增大围压的效应 破裂前的差异应力增大； 破裂前的应变量增大。 韧性增大，强度增大。 三、温度对材料变形行为的影响 温度对岩石变形强度的影响 温度对白云岩应力-应变曲线的影响 温度对花岗岩应力-应变曲线的影响 温度对石英晶体应力-应变曲线的影响 增高温度对变形的影响 在一定的差异应力下，应变量增大。 破裂前的应变量增大。 韧性增大，强度降低，易于变形。 四、孔隙压力对变形的影响 孔隙压力：孔隙中流体的压力pore pressure 如果不透水层阻挡含水层中的孔隙流体从岩层中自由流走，孔隙压力可以变得很大。 干岩石强度随深度（温度-围压）的变化 饱水岩石变形与深度的关系 湿度对岩石抗张、抗剪强度的影响 孔隙压力增大强度降低 因此 饱水岩石的强度明显地小于无水(干)岩石的强度,亦即孔隙液压的存在使岩石的强度显著下降. 流体对岩石变形行为的影响及其机制 溶解—迁移作用 通过流体压力使岩石强度降低发生变化 五、应变速率对岩石变形的影响 岩石变形－长时间青藏高原现今地壳运动 蠕变曲线 冰川砾石的韧性变形 冰川砾石的脆-韧性变形 温度与应变速率对大理岩应力-应变曲线影响 第三节 岩石能干性差异与相关的构造 Competent 能干的, competence能干性 Incompetent不能干的 岩石的相对易流变性，与岩石变形时的粘度有关。 强硬材料比软弱材料的刚性强，粘度大，不易流动或容易破碎。 （一）确定能干性差异的地质办法 1 有限应变状态的对比——经历相同应变历史的的岩石，能干的岩石比不能干岩石应变较小 同构造部位不同岩石的变形量的对比 复成分砾岩中不同砾石的对比 同一薄片中不同矿物变形行为的对比 周口店鲕状灰岩中的鲕 2 劈理的折射——能干岩层劈理与层面交角较大，不能干岩层交角较小 劈理平行于XY面，在变形岩层中劈理方向的变化反映岩石的能干性。 劈理的发育强度与X/Z成正比。劈理的密度：条/cm 劈理折射 大连金石滩灰岩与页岩互层中的劈理折射 京西大灰厂灰岩和白云岩中的劈理折射 房山：白云岩和钙质千枚岩中的褶皱和劈理折射 大连金石滩褶皱与劈理型式 3 香肠构造 石香肠断面的形态与岩石的能干性差异 同一构造条件下发育石香肠的岩石能干性较大 矩形石香肠胀缩石香肠 能干层不易发生塑性流变，受到不断加强的平行层的拉伸，使其在某些初始的微小缺陷处产生应力集中，最终发生断裂，进一步伸展使断块分离，形成断面形态各异、三维上通常呈长而平行的柱状体，貌似平行排列的香肠，故称为石香肠 boudins（Lohest等，1909）。 香肠构造 北京西山奥陶纪灰岩夹白云岩中的矩形石香肠 云蒙山眼球状片麻岩中伟晶岩的菱形石香肠 灰岩夹白云岩的褶皱和香肠 恒山片麻岩中角闪岩的香肠构造 大别长英质片麻岩中辉长岩的石香肠 4 褶皱形态对比 （二）一个地区岩石的能干性差异表 沉积岩： 白云岩 长石砂岩 石英砂岩 硬砂岩 粗粒灰岩 细粒灰岩 粉砂岩 泥灰岩 页岩 石膏、硬石膏 5 矿物变形行为的对比 橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、钾长石、白云石、石英、方解石、云母、绢云母 金红石、长石、石英的不同变形行为 第五节 岩石破裂理论简介 极限应力状态下，各点极限应力分量所满足的条件，称断裂准则或断裂条件。 1、库仑剪切破裂准则 2、莫尔剪切破裂准则 3、格里菲斯破裂准则 1、库仑剪切破裂准则 水平直线型摩尔包络线理论 τ＝ τ0 共轭剪裂角： 2θ＝90° 剪裂角：θ＝45° 斜直线线型摩尔包络线理论 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，还同作用在该截面上的正应力（ σn ）有关（纳维叶）。 τ＝ τ0 ＋μσn τ：发生剪裂的临界剪应力 τ0 ：为σn＝0时的岩石抗剪强度（内聚力） μ：内摩擦系数（＝tan