05 变形岩石应变分析基础.ppt

地质构造分析的力学基础 第一节、应力 面力和体力 外力和内力 应力、正应力、剪应力 应力状态、主应力 应力莫尔圆 第二节、应力场与应力集中 常见应力状态应力莫尔圆 岩石应变分析基础 位移和变形 应变的度量：长度应变、角应变 均匀变形与非均匀变形 应变椭圆的概念 线的长度和角度变化 应变椭球体的概念 应变椭球体类型与Flinn图解 旋转变形和非旋转变形 递进变形 一、位移与变形 变形（deformation） 岩石各质点初始形状、方位、位置变化 位移（displacement） 变形通过各质点位移实现 坐标的确定 位移矢量：初始点与终点位置的连线，与路径无关 位移路径：质点运动轨迹 位移的四种基本形式 平移 （Translation）： 物体相对于外部坐标作整体的平移 旋转 （Rotation）： 物体相对于外部坐标作整体的旋转 体变 （Dilation）： 物体内各个质点的相对位置发生了变化，改变了物体的大小 形变 （Distortion）：（变歪）物体内各个质点的相对位置发生了变化，改变了物体的形状 应变（Strain）：表示地质体在应力作用下的形状和大小的改变量，是应力作用的结果 位移的四种基本类型平移 旋转 形变 体变 物体内各质点相对位置不变化，形态不变 （刚体 ）平移（直移） （rigid body ） translation （刚体）旋转 （rigid body ） Rotation 物体内各质点位置、形态变化 形状变化（变歪） Distortion（shape change） 体积变化（扩容） Dilation（volume change） 地质意义 断层主要是平移 推覆体主要是平移 瑞士 Alps morcles napple 形变韧性剪切带的两盘位移引起剪切带内的变形 形变：砾岩的形变 形变泥岩变形和变质成板岩，退色斑形变 二、应变的概念与度量 应力与应变 应力状态stress是指某一瞬间作用于物体上的应力分布情况，应力场是随时间而变化的。 应变strain 是指物体在变形前后状态的比较，是经过一段时间的变形后两种状态的比较。 应力与应变为因果关系 （1）线应变（e）及其表示方法 变形后单位长度的改变量 e=(l1-l0)/l0 平方长度比（ λ ） λ=( l1/l0)2=(1+e)2 自然应变（ε） ε=∫ll’dl/l＝ln(1+e) （2）剪应变 Shear strain 角剪应变 （ψ）变形前相互垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量。 剪应变 γ =tan ψ 左图中的单位圆变成了右图中的椭圆，其长、短轴的线应变为： 线长法-平衡剖面 三、 均匀变形 (homogeneous deformation)  非均匀变形 (heterogeneous deformation) 根据变形体内各质点的变形特点，可以将变形分为2类：均匀和非均匀变形 均匀变形：物体内各点的应变相同的变形 特点： 变形前的直线在变形后仍是直线； 变形前的平行线在变形后仍然平行； 其中的单位圆变形后成为椭圆，称为应变椭圆； 其中任何一小单元的应变性质（大小和方向）可以代表整个物体的变形特征。 非均匀变形：物体内各点的应变特征随其位置而发生变化的变形。 类型：连续和不连续变形 连续变形：物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的。 不连续变形：突然变化，如断裂。 均匀变形与非均匀变形的关系 四、应变椭圆 应变椭圆strain ellipse的概念 在二维的应变分析中，一个单位圆变形后成为椭圆。 数学证明，单位圆球体变形后成为椭球，并且，3各垂直的主轴只有线应变无剪应变 半径为1的单位球体，经均匀变形后成为的椭球体称为应变椭球（strain ellipsoid），这个椭球的轴率和空间方位可以用来表述应变的大小和方向 XY面 ＝ 压性面；褶皱轴面、片理面YZ面 ＝ 张性面；张节理X方向＝ 最大拉伸方向Y方向＝ 中间应变轴应变椭球的地质意义 体积变化 1+Δv=V’/V= (1+e1 ) (1+e2 ) (1+e3) 褶皱中的轴面劈理  八、应变椭球的形态类型及 其几何表示（1） flinn图解 Rxy= (1+e1 ) /(1+e2 ) Ryz= (1+e2 )/ (1+e3) k=(Rxy-1)/(Ryz-1) 八、应变椭球的形态类型及 其几何（图解）表示法（2） 体积不变条件