GZDZ1-08分析地质构造的力学基础.ppt

影响岩石力学性质的各种因素 七、岩石的强度和断裂变形方式 §1.3 岩石变形分析 ⒉岩石的断裂方式 岩石受力发生断裂的方式有张裂和剪裂两种， 张裂是在张力作用下产生的，当张应力达到或超过岩石的抗张强度时就会发生张裂。 剪裂是在剪应力作用下产生的。当剪应力达到或超过岩石的抗剪强度时就会发生剪裂。 受力类型 张裂 剪裂 挤压作用 拉伸作用 剪切作用 八、岩石剪裂角的分析 §1.3 岩石变形分析 ⒈岩石剪裂角和库仑剪切破裂线的概念 在岩石变形实验中发现, 岩石受到挤压力的作用, 会在与挤压力方向成一定交角的位置形成一对剪切破裂, 由于这一对剪切破裂是受同一作用力而形成的, 构造地质学中称这一对剪切破裂为共轭剪切破裂。 当岩石发生共轭剪切破裂时, 包含s1象限的共轭剪切破裂面中间的夹角称为共轭剪切破裂角（2θ） s1作用方向与剪切破裂面的夹角称为剪裂角（θ） 八、岩石剪裂角的分析 §1.3 岩石变形分析 二维应力状态的应力分析可知, 两组最大剪应力作用面与s1或最小主应力轴的夹角均为45°, 二剪裂面之间的夹角为90°, 二剪裂面的交线是中间应力轴s2的作用方向。 但从野外实地观察和室内岩石实验来看, 包含s1的共轭剪切破裂角常常90°, 通常在60°左右, 而共轭剪切破裂的剪裂角则45°, 也就是说, 两组共轭剪裂面并不沿理论分析的最大剪应力作用面的方位发育, 这个现象可用库伦、莫尔强度理论来解释。 §1.3 岩石变形分析 据岩石实验, 库伦剪切破裂准则认为, 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, 而且还与作用在截面上的正应力有关, 设产生剪切破裂的极限剪应力为t, 可写成如下关系式: t=t0+msn 式中t0 是当sn =0时岩石的抗剪强度, 在岩石力学中又称内聚力, 对于一种岩石而言t0是一常数。sn是剪切面上的正应力, 当sn为压应力时, sn为正值, t将增大;当sn为张应力时, sn为负值, t将减小; m为内摩擦系数, 即为上述直线方程中的直线的斜率, 如果以直线的斜角f表示, 则m=tanf, 因此, 上式可写成: t=t0+sn tan f §1.3 岩石变形分析 t=t0+sn tan f 上式为库伦剪切破裂准则的关系式, f为岩石的内摩擦角。在s、 t坐标的平面内, 上式为两直线, , 称剪切破裂线, 该线与极限应力圆的切点代表剪切破裂面的方位及其应力状态。图中可以看出, 该切点并不代表最大剪应力作用的截面,而是代表略小于最大剪应力的一个截面。其上的压应力值介于s1 、s3之间, 并接近s3 值。剪切破裂线总是向着s轴的负方向倾斜, 说明该截面上的剪应力值比最大剪应力值略小, 其上的压应力值却比最大剪应力面上的压应力要小得多, 因此, 该截面阻碍剪裂发生的抵抗力也就小得多, 所以, 在这个截面上最容易产生剪切破裂。 §1.3 岩石变形分析 t=t0+sn tan f 当岩石发生剪切破裂时, 剪裂面与最大主应力轴s1的夹角(剪裂角)q=45-f/2, 共轭剪裂角为2q=90°－f。由此可见, 剪裂角的大小取决于内摩擦角(f)的大小, 内摩擦角小, 剪裂角就大, 内摩擦角大, 剪裂角就小。 不同岩石的内摩擦角是不同的, 在变形条件相同的情况下, 脆性岩石的内摩擦角往往要大于韧性岩石的内摩擦角。 岩石沿着与最大主应力轴分别 呈45°-φ/2和135°- φ/2 夹角的两个剪面破裂。 §1.3 岩石变形分析 莫尔剪切破裂准则: 该准则认为, 相当多材料的内摩擦角f并不是一个固定的常数, 其破裂线的方程一般表达式为: t n =f (sn ) 该破裂线称莫尔包络线, 其为曲线, 包络线各点坐标(sn , t n )代表各种应力状态下在即将发生剪切破裂的截面上的极限应力值。由于f角是变化的, 因而剪裂角q也是变化的, 但仍小于45°。 一、应变椭球体 §1.4 应变椭球体与递进变形 ⒈应变椭球体的概念 岩石发生变形时, 其内部质点的相对位置将发生变化。设想在变形前岩石中有一个半径为1 的单位球体, 变形后成为一椭球体。这一个椭球的形态和方位表示了岩石的应变状态, 称为应变椭球体. 应变椭球有三个互相垂直的主轴, 沿主轴方向只有线应变而没有剪应变。 在三个主轴不等时, 分别叫最大应变轴, 最小应变轴和中间应变轴. 一、应变椭球体 §1.4 应变椭球体与递进变形 1. 定义： 用来表示应变状态的椭球 2. 特征： (1)变形前是球，均匀变形后为一椭球 (2)有三个相互垂