《构造地质与大地构造》第3章地质构造分析的力学基础.pptxVIP

第3章地质构造分析的力学基础

·3.1.1外力、内力和应力

力是物体间的相互作用，这种作用使这些物体发生机械运动状态的改变，说明一个力，具有三个要素：方向、大小、作用点。

对于一个物体来讲，力又可分为外力和内力，外力又有面力和体力之分。例如太阳和地球之间的引力属于体力。

3.1应力分析

内力是同一物体内部各部分之间的相互作用力，内力又可分为固有内力—自然状态粒子结合力，以及附加内力—反映外力作用效果，我们下面所讨论的主要是与物体发生变形和破坏有关的附加内力，所以，后面所说的内力都是附加内

力。

内力通常用应力来表示他

内力

3.1.2应力状态与应力椭球体

凳体物签肉面幕粜考察。岔物保燮努需食孳卓衡状卷

时，通过该物体内部任意点总是可以截取这样一个微小单元体，使其六个面上都只有正应力的作用，而无剪应力的作用。这六个面上的正应力称为主应力。其可以是拉伸，也可以是压缩。

当六个面上三对主应力值都相等时，物体只会发生体积改变，而形状不变；当三对主应力大小不等时，物体就会发生形状的变化，此时，三对主应力分别称为最大主应力，最小主应力和中间主应力，最大和最小主应力的差值越大，物体形态变化越大。

O₂

A

O₁

O₃

B

O₃

Q₁

0

O₃

O₂

₁

●我们可以根据三个主应力的矢量为半径作出一个椭球体，这个椭球体称为应力椭球体。应力椭球体的三个主轴称为主应力轴；应力椭球体的形态决定于三个主应力的相对大小。

·物体中一点的空间应力状态可以根据其应力椭球体的形态分为三

种：

·1、三轴应力状态

·2、双轴应力状态

·3、单轴应力状态

·4、纯剪应力状态

·5、静水压力

空间应力状态

挤压

拉伸

●我们在中学时就学过，一维是直线，二维是平面，三维是空间，本部分我们重点介绍平面上应力分布状态。

·1、单轴应力状态的二维应力分析

·2、双轴应力状态分析

·3、明斯关于物体内一点的二维应力状态的概括

·(1)、静水拉伸

·(2)、一般拉伸

·(())、单拉

(4)、拉1中压伯

·(5)、纯剪应力

·(6)、单轴压缩

·(7)、一般压缩

3.1.3二维应力分析

·(8)、静水压缩

·3.1.4.1应力场

●任何一物体或岩体中的每一点都存在着一个与该点对应的瞬时应力状态，一系列瞬时的点应力状态组成的空间称为应力场。

·应力场中各点应力状态都相同则称为均匀应力场。

·如果应力场中各点应力状态并不相同，从一点到另一点其应力状态存在着变化，则称为非均匀应力场。

3.1.4应力场、构造应力场、

应力轨迹和应力集中

·构造应力场：是指地壳内某一瞬时，一定范围内的应力状态。

构造应力场中的应力分布和变化是连续而有规律的，研究构造应力场的目的在于揭示一定范围内应力分布的规律；构造应力场的性质；地壳运动的方式和方向；及其对区域构造发育的制约关系和推断可能在何处出现的某种构造等。例如，对一个区域构造应力场了解后，就可根据其发展规律而预测和推断矿产、油气田的分布状况，以及钻探孔位布置，地震剖面的选择。

3.1.4.2构造应力场

●构造应力场的类型：

·1、根据研究对象的规模可分为：

●局部构造应力场

●区域构造应力场

●全球构造应力场

·2、根据时间新老可分为：

●古构造应力场

●现代构造应力场

构造应力场的类型

构造应力场中应力状态可以用应力轨迹表现，应力轨迹又称应力迹线、或应力网络，它定性地表示了主应力和最大剪应力的作用方位。

·应力轨迹可以通过光弹模拟实验和计算方法求得。

·应力轨迹的形态在一定程度上反映了构造应力的分布

状态，构造应力的分布状态又同一定的边界条件—作用外力的性质(张、压)、大小、方向及受力岩块边界的几何形态等有密切关系。

·当边界条件发生变化时，已经形成的构造应力场，将随边界条件的变化而改变，从而引起构造形态及其力学性质的转化

3.1.4.3应力轨迹

·根据材料力学计算，当物体内部有孔洞、缺口或微裂隙存在时，就会在该处产生局部的应力集中。岩体中常有许多裂隙，所以应力集中的现象在地壳中是常见的现象，从而影响构造应力场中应力分布状态

·在日常生活中，我们也常常遇到应力集中的问题。例如，当一张纸上有一条口子时，此处应力集中，非常容易破坏。

3.1.4.4应力集中

●对于岩体来说，应力集中现象存在，对岩石的破坏起着非常重要的作用：

●岩石中早期断裂处，应力最容易集中。·应力集中和受力条件有着密切的关系·应力集