第3章 岩石变形物理学-应力分析.ppt

第三章 岩石变形物理应力分析 构造地质学学习的新理念和方法 一个观点－ 动态地球观 二种途径－ 实践途径 理论途径 三条主线－ 岩石变形物理学主线 岩石脆性-韧性变形主线 岩石流变学主线 构造地质学新的叙述体系 三条主线： 岩石变形物理学主线 应力→应变→岩石力学性质→变形物理和化学环境 岩石脆性－韧性变形主线 脆性变形－节理→断层 韧性变形－褶皱→面理→线理→韧性剪切带 韧-脆性变形转化 岩石流变学主线 碎裂变形→压溶变形→位错变形→扩散变形→超塑性变形 学会观察和认识野外构造现象，获取相应的野外地质构造产状基本数据； 学会分析这些野外地质构造现象是怎样形成的？在什么样物理化学条件下形成的？ 了解这些构造现象基本特征的理论意义和实践应用价值； 拓宽构造地质学与其它学科的关系： 纵向关系－地学科学领域； 横向关系－其它基础学科领域; 应力分析有关的一些基本概念 构造地质研究途径的两大进展 近二十几年来，构造地质学的运动学分析和动力学分析沿着两个不同的研究和发展方向取得了重要进展： 连续介质力学方法在有限应变理论、实验模拟、几何分析中的应用； 冶金物理学基础上发展起来的岩石、矿物的流变学实验研究； 连续介质是什么？ 连续介质是指整个物质介质的几何空间中充满着致密无空隙的连续物质，而且其内应力状态和应变状态从一点过渡到另一点时是连续变化的，因而随着坐标无限小变化时，应力和应变分量也相应地产生连续变化。因此，我们可以采用连续函数的方法来表示和描述其变化规律。 简单地说，连续介质（continuous medium ）就是一种理想介质质点的连续集合体。 连续介质力学的概念 连续介质力学是把物体材料（如地质中的岩体或岩层）作为连续介质物质处理的力学分支学科。 连续介质力学是用现象学(宏观的)的途径研究固体物质变形所要求的外力、应力和物质常量（弹性常量）等特征参量，描述物体变形或构造的总体特征：即位移、应变、应变速率。 连续介质力学是描述固体物质变形及其性质的有力工具，比较适用于中型和大型级别的构造，而不考虑构造和物质成分的局部不均匀性。 连续介质力学的应用 应用前提： 通常必须把特定范围地质体的物质成分和性质变化看成是均匀的、连续的。 应用范围: 自然界物质都是近似连续的，因而可以近似地应用于不连续介质材料，例如，把很多变形量小的圆形标志物（如海百合茎、眼球状变斑晶体）当作椭球状变形处理； 在数学上连续介质处理方法比不连续介质理论简单得多。 力、面力和体力 力是物体相互间的机械作用，它是引起物体形态、大小或运动状态发生改变的物理量。外部施加于物体上的作用力，可分为两大类：体力和面力。 体力（body force）-又称非接触力，它是弥漫在地壳物质中的作用力，如重力、惯性力。 面力（surface force）-又称接触力，它是作用于介质表面，并使介质相邻部分相互作用的力。 边界和边界条件 物质内部－研究对象本身的所含部分称为内部； 物质外界－研究对象以外的物体称为外界； 物质边界－研究对象本身与外界直接接触的那些接触面称为边界； 边界条件－是指外界给研究对象边界所施加的某些限制条件，如力的限制、位移限制、形态限制和物质本身性质的限制等等； 外力和内力 外力－研究对象以外的物体对被研究物体施加的作用力称为外力； 内力－当物体受到外力作用（即受到加载或载荷作用）时，引起物体内部质点相互作用力发生改变，称为内力，即力的改变量，又称附加内力，即载荷作用引起岩石内部内力的改变量。 应力 地质体的平移、旋转、形变和体变都是岩石对力和应力的响应。传统上定义力为一种改变物体静止状态或者运动状态的作用。 应力是作用于单位面积上的内力(附加内力)，它是内力在单位面积上的分布强度（内力强度）。应力也可以理解为一种使某一物体发生变形的作用。因此，在固体力学中它是用面力的分布强度来描述这种作用力的空间分布状态。 截面上一点的应力 截面上一点的应力 为了研究截面某点（m点）附近的内力强度，可以围绕该点取一很小微元面积△F，设其面积上作用力为△P，则有： P为n截面上m点的应力，或称为全应力，σ为垂直于截面上的应力（正应力） τ为与截面相切（或平行）的应力（剪切应力） 通常规定，压应力为正，为压性；张应力为负，为张性（Jaeger and Cook, 1976）。压应力能阻止沿平面的滑动，张应力有助于岩石沿平面分离，而剪应力能促使沿平面滑动。断裂的活动往往沿着剪切应力和正应力大小具有最佳比的平面上优先发生。 应力的单位 ■ 应力单位与压强单位相同，应力的国际单位为帕斯卡， 简称帕（Pa），即N/m2（或10达因/