[工学]3地质构造分析的力学基础.ppt

97-10-7 97-10-7 第3章 地质构造分析的力学基础 第3章 地质构造分析的力学基础 内容： 1. 应力分析 2. 变形分析 3. 影响岩石力学性质与岩石变形的因素 一、外力、内力和应力 1. 力 物体间的相互作用，使物体发生运动 状态的改变； 力是矢量，要素有大小、方向和作用点； 力的合成及分解 2. 外力和内力 1) 外力——另一物体所施加的力 ①面力：通过物体接触面传递的力，也称作表面力 。 ②体力：作用于物体内部所有质点的力，如重力、磁力 2) 内力——物体内部质点之间的相互作用力 ①固有内力：在没有外力作用时物体内质点间的相互作用力，它保持物体的形状和状态 ②附加内力：在外力作用下固有内力的改变量，它引起物体不相关和状态的改变 附加内力常称为内力 3. 应力—— 作用于单位面积上的内力 σ＝P／A (or σ＝dP／dA，当应力分布不均匀时) P―附加应力, A―截面积 二、应力状态与应力椭球体 1. 弹性力学证明：任何受力物体内部总是能够找到三个相互垂直的面，其上只有正应力而无剪应力。 2. 主平面：S1, S2, S3 3. 主应力： σ1≥σ2≥σ3。 4. 主应力轴：主应力σ1，σ2，σ3的方向线 5. 应力差（差异应力）：σ1-σ3，能引起物体形态变化。 6. 应力椭球：以s1， s2 ， s3为主轴的椭球体 σ1σ2σ3，符号相同 直观表达物体受力状况。 7. 应力椭圆：应力椭球的三个主应力方向的切面 8.常见的几种应力状态： 单轴 压缩：σ1﹥σ2＝σ3＝0 拉伸：σ1＝σ2＝0﹥σ3 双轴 双轴压缩：σ1﹥σ2﹥σ3＝0 压缩—拉伸(平面应力状态): σ1﹥σ2＝0﹥σ3 双轴拉伸σ1 =0 ＞σ2 ＞ σ3， 三轴：三个主应力都不等于0 σ1≧σ2≧σ3，一般应力状态 σ1＝σ2＝σ3﹥0：静水压力(只引起物体体积变化) 三、 二维应力分析―摩尔圆图解法 1. 单轴应力状态的二维应力分析 a=0时, t=0, s最大； a=450, | t |=Max; 任意两个相互垂直面上剪应力t大小相等，符号相反。 2. 双轴应力状态的二维应力分析 2. 双轴应力状态的二维应力 四、三维应力分析 五、应力场、构造应力场、应力轨迹和应力集中 1. 应力场：受力物体内部各点瞬时应力状态的组合 均匀应力场：各点应力状态相同（可以按点应力方法处理） 非均匀应力场 2. 构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时构造应力状态的组合。 按规模分为：局部、区域、全球 按时间分为：现代、古代 第3章 地质构造分析的力学基础 1. 应力分析 1) 外力、内力和应力 2) 应力状态和应力椭球 3) 二维应力分析―摩尔圆图解法 4) 三维应力分析 5) 应力场、构造应力场、应力轨迹和应力集中 第3章 地质构造分析的力学基础 内容： 1. 应力分析 2. 变形分析 3. 影响岩石力学性质与岩石变形的因素 一、 变形和应变的概念 1. 变形：物体受力后内部质点之间相互位置发生变化（形态、体积改变） 五种方式：拉伸、挤压、剪切、弯曲、扭转 2. 应变：变形程度的度量 应变1~3％——小变形　　 应变＞3％——大变形（有限变形） 3. 线应变和剪应变 线应变：物体内某方向单位长度的改变量 剪应变(?)： 相互垂直的两条直线变形后它们之间直角的改变量为角剪应变(Ψ)，它的正切函数称剪应变(?) ?＝tanψψ－变形后偏离直角的量右行( 顺时针 )剪切 为正 4. 均匀变形和非均匀变形 均匀变形：各部分的变形性质、方向、大小均相同。 特征： 变形前的平面、直线变形后仍保持平面和直线； 变形前相互平行的平面和直线变形后仍保持平行。 非均匀变形：物体内部各部分变形的方向、大小和性质不一致。 非均匀连续变形可以分解成若干部分，按均匀变形的方法加以研究。 5. 主应变和应变主方向 在均匀变形条件下，变形物体内部总是可以截取这样一个立方体，其三个相互垂直的截面上只有线应变而无剪应变，这三个线应变称为主应变，这三个主平面称为主应变面。 最大伸长方向：最大应变主方向(λ1)或最大主应变轴(X or A) 最大压缩方向：最小应变主方向(λ3)或最小主应变轴(Z or C) 中间应变主方向(λ2)或中间主应变轴(Y or B) 二、应变椭球体 3.在构造分析中的应用 形象表示构造发育的空间方位 XY（AB）面—最大压扁面，用来表示轴面，片理方位 YZ（BC）面—张性面，张节理发育的方位 X(Ａ，λ1)轴—最大拉伸方向，通常是矿物定向延伸排列的方向 不变歪面和均变歪面：三轴应变椭球过λ2的两个圆截面 AB面、C