構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課件 第二篇成因構(gòu)造地質(zhì)學(xué) 第四章巖石變形分析的力學(xué)基礎(chǔ)

《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課件 第二篇成因構(gòu)造地質(zhì)學(xué) 第四章巖石變形分析的力學(xué)基礎(chǔ)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課件 第二篇成因構(gòu)造地質(zhì)學(xué) 第四章巖石變形分析的力學(xué)基礎(chǔ)（99頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,第二篇,,,成因構(gòu)造地質(zhì)學(xué),,,,第四章,,,巖石變形分析的力學(xué)基礎(chǔ),,,第一節(jié),,,,基 本 概 念,,1、,外力,—物體受力而產(chǎn)生變形，這施加于物體上的力叫外力。,,,面力,—通過(guò)接觸面?zhèn)鬟f的力。,,,體力,—相隔一定距離而相互作用的力，如引力、排斥力。,,2、,內(nèi)力,—物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力叫內(nèi)力。,,,,a、,固有內(nèi)力,—物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力，即使沒(méi)有外界影響，也仍然存在，它是由質(zhì)點(diǎn)間的吸引和排斥的機(jī)能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種力也叫,自然狀態(tài)粒子力,。,,,b、,附加內(nèi)力,—當(dāng)物

2、體受外力作用時(shí)，其內(nèi)部之間相互作用力就會(huì)發(fā)生變化，這種內(nèi)力的變化叫,派生粒子力或附加內(nèi)力,。它阻止物體繼續(xù)變形并力圖恢復(fù)其原始狀態(tài)。當(dāng)外力超過(guò)這種附加內(nèi)力后，物體就會(huì)破裂。,,,3、應(yīng)力,—作用于物體內(nèi)任意面積上的附加內(nèi)力叫應(yīng)力。,,一般在外力作用下的物體，其任意截面內(nèi)可以分出,正應(yīng)力,（直應(yīng)力）和,剪應(yīng)力,。,,左圖：,逆斷層,活動(dòng)擦痕和巖層拖曳，,牽引構(gòu)造是剪應(yīng)力作用的結(jié)果，而巖層厚度變薄則應(yīng)是垂直于逆斷層面的壓力作用的結(jié)果,。,,一般,在外力作用下物體的任一截面上有存在直應(yīng)力和剪應(yīng)力,，,但在受力物體的任一點(diǎn)上有三個(gè)，,而且,只有三個(gè)相互垂直的平面,，在這些,平面上沒(méi)有剪應(yīng)力,。這些面叫

3、,主應(yīng)力平面,。,,換言之，即在該物體的,,每個(gè)點(diǎn)上可以假設(shè)有一,,無(wú)限小的立方體,，,,在其面上只有正應(yīng)力,,作用，此即主應(yīng)力。,,此正方體的邊即,,主應(yīng)力軸,（和應(yīng)力,,面的法線(xiàn)平行）。,,,三軸應(yīng)力為：,σ,1,、σ,2,、σ,3,,最大應(yīng)力（,σ,1,），,,,最小應(yīng)力（,σ,3,），,,,中間應(yīng)力（,σ,2,），,,通常三值不等（,σ,1,>σ,2,>σ,3,），,,但特殊情況下相同，如靜水壓力，,σ,1,=σ,2,=σ,3,,還有如下情況，即兩向應(yīng)力值相同，即,σ,1,>σ,2,=σ,3,或,σ,1,=σ,2,>σ,3,,,當(dāng)兩向主應(yīng)力值等于并近于零時(shí)，稱(chēng)謂,一維應(yīng)力狀態(tài),（單軸應(yīng)

4、力狀態(tài)）。,,當(dāng)其中一個(gè)主應(yīng)力值等于或接近于零時(shí)，稱(chēng)謂,平面應(yīng)力狀態(tài),（雙軸應(yīng)力狀態(tài)）。,,在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)幾乎都是,三維應(yīng)力狀態(tài),（三軸應(yīng)力狀態(tài)）。,,但是，,最大與最小應(yīng)力（,σ,1,和,σ,3,）,在變形及破裂過(guò)程中具有決定性作用,，而中間應(yīng)力（,σ,2,）,值較小，常忽略這種應(yīng)力的影響，而變形過(guò)程是在主應(yīng)力,σ,1,和,σ,3,作用的,平面內(nèi),進(jìn)行討論的。因此，實(shí)際研究構(gòu)造地質(zhì)時(shí)常分析雙向應(yīng)力狀態(tài)。然而，并不排斥三維形式下研究構(gòu)造的合理性，而且很多新資料表明,σ,2,作用的重要性。,,,第二節(jié),,,應(yīng)力狀態(tài)分析,,一、,單軸應(yīng)力狀態(tài),,（應(yīng)出現(xiàn)在僅受到,,本身自重作用的高,,

5、地或丘陵條件下）,,,,,設(shè)作用于物體上的外力為,P,1,，,那么垂直于作用力的截面,A,0,上的主應(yīng)力為：,,,,,p,1,,σ,1,= —,,,A,0,,,,,,在與作用力,P,1,斜交的截面,A,α,上，,,設(shè)正應(yīng)力為,σ，,剪應(yīng)力為,τ，,其合應(yīng)力為：,,,p,1,,,σ,A,= —,,A,σ,,,截面,A,α,與主平面,A,0,之交角為,α,，,此角度等于截面的法線(xiàn)與合應(yīng)力,σ,A,或主應(yīng)力,σ,1,相交的角度。該角按規(guī)定,從主應(yīng)力軸,順時(shí)針?lè)较蛄康浇孛娣ň€(xiàn),為負(fù),，,逆時(shí)針?lè)较蛄咳檎?。,,,在,單軸應(yīng)力狀態(tài)下,，,包含,σ,2,的任意截面上，主應(yīng)力,σ,1,與正應(yīng)力,σ,和剪

6、應(yīng)力,τ,的關(guān)系如下：,,,,,,此公式也適用于拉伸情況，只是壓應(yīng)力在公式中為正，張應(yīng)力為負(fù)。,,,,,,此關(guān)系式特點(diǎn)：,,從,σ式,可知,,1、當(dāng),α=0°,時(shí)，,Cos2α=1，,則,σ=,σ,1,；,,,2、,當(dāng),0°<,α<90°,Cos2α<1，,則,σ<,σ,1,,,所以，在與引張或擠壓方向垂直的截面上正壓應(yīng)力最大，無(wú)剪應(yīng)力。,,,,,,從,τ,式可知：,,1、當(dāng),α=0°,時(shí)，,Sin2α=0，,則,τ=0,，,,,即,在與拉伸或擠壓方向垂直的截面上無(wú)剪切應(yīng)力存在；,,,σ,1,,2、,當(dāng),α=45°,時(shí)，,Sin2α=1，,則,τ,= —,,,2,,3、當(dāng)0°<,α<45°,時(shí)

7、，,Sin2α<1，,則,,,,σ,1,,τ < —,,2,,,即在與拉伸或擠壓方向成45°交角時(shí)，截面上剪應(yīng)力值最大，這樣的截面稱(chēng)為最大剪應(yīng)力作用面；,,4、當(dāng),α=90°,時(shí)，,α=0，,則,τ=0,，,,,表明,在平行向的與作用力方截面上,，,無(wú)正應(yīng)力，也無(wú)剪應(yīng)力。,,,,,……,,,………………Ⅲ,,又由,Ⅰ,得：,,，將此式代入,Ⅲ,得：,,………………………………Ⅳ,顯然，Ⅳ為一圓的方程式，在以,τ,為縱坐標(biāo)，,σ,為橫坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系中，圓心坐標(biāo)位置,,,（ ，0），半徑為 。這圓稱(chēng)為莫爾應(yīng)力圓。,,,規(guī)定：,σ,軸自,O,點(diǎn)向右為正，代表壓應(yīng)力，向左為

8、負(fù)，代表張應(yīng)力,。,,現(xiàn)向右取,OA=σ,1,為直徑，,,,圓心為（ ，,0,），半徑為 ，比圓即單軸應(yīng),,,力莫爾圓。,,,下圖上的坐標(biāo)是應(yīng)力分量，在這個(gè)圓上的任何一點(diǎn)的坐標(biāo)值（,σ,α,，τ,α,）,代表作用在某個(gè)截面上的應(yīng)力分量。,α,角,是截面法線(xiàn)與,σ,1,的交角,。,,,,垂直于,σ,1,的截面，以圓上的,A,點(diǎn)表示，其上正應(yīng)力,為,σ,1,，,剪應(yīng)力,τ,為零。,,,,在,α≠0,的任何截面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力可由所在應(yīng)力圓的相應(yīng)各點(diǎn)的坐標(biāo)給出。隨著,α,的增加，截面上的應(yīng)力分量,沿著圓周按同一方向從,A,點(diǎn)轉(zhuǎn)向,O,點(diǎn)。,,,當(dāng),α=90,°,時(shí)，,σ,α,=0,，,

9、=0,，,即圓上,O,點(diǎn)。,,當(dāng),α=45,°,時(shí)，,τ=,，,相當(dāng)于莫爾圓上最高點(diǎn)，其剪應(yīng)力值最大。,,,,應(yīng)力圓性質(zhì),：,,1、應(yīng)力圓代表物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，通過(guò)該點(diǎn)的任一斜截面上的應(yīng)力分量,σ,α,和 由應(yīng)力圓上的一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)代表。,,2、,兩個(gè)相互垂直,,的截面上的應(yīng)力分,,量對(duì)應(yīng)于應(yīng)力圓直,,徑的兩個(gè)端點(diǎn)。,,,如圖，,截面相互垂直,的,c,、,d,，,法線(xiàn),n、,m,與,σ,1,夾角分別為,α,和,90,°,+,α,，,因此，,在莫爾圓上對(duì)應(yīng)于,c,面的點(diǎn)是,D,′,,,△,,C D′F,和△,CDE,中，,,,CF=CE,,OC=AC,,∴OF=AE,,故,σ,α,+σ,β

10、,=OE+OF=OE+AE,,=OA=,σ,1,,上式表明,兩個(gè)互相垂直的截面上,，,正應(yīng)力之和不變，等于主應(yīng)力值，與截面方向無(wú)關(guān),。,,D,,,圖中，△,C D′F,和△,CDE,中， ∵,DE= D′F ∴,τ,α,=DE= D′F=,-τ,β,D,,表明，,任意兩個(gè)垂直的截面上,，,剪應(yīng)力值大小相等，符號(hào)相反,，稱(chēng)為剪應(yīng)力互等定律，故,剪應(yīng)力是成對(duì)出現(xiàn)的,。,從圖上可知，,最大剪應(yīng)力即圓之半徑,（ ）。,,,二、,雙軸應(yīng)力狀態(tài),,設(shè)一處于雙軸應(yīng)力狀態(tài)的物體，受到相互垂直不為零的壓力,P,1,，,P,2,的作用，且,P,1,> P,2,。,試用應(yīng)力莫爾圓，分析任意截面上的應(yīng)力情

11、況。,,,首先，,設(shè)該物體只受,P,1,作用,，則截面,MN,上,σ,α,和,τ,α,可據(jù)前面Ⅰ、Ⅱ式求得：,,其次，當(dāng)該物體又受到,P,2,作用時(shí)，外力與截面,MN,上的正應(yīng)力 和剪應(yīng)力 也可按,Ⅰ,、,Ⅱ,式求得：,,σ,β,,,在,σ,1,和,σ,2,共同作用下，垂直于截面,MN,上的,正應(yīng)力之和,為：,,,平行于截面上的,剪應(yīng)力之和,為：,,,,,,,將上述二式,平方后相加,得：,,將上式代入 得：,,2,,上述方程式為圓方程式，圓心 ，半徑,,,如上右圖所示，在,σ,軸上取,OA=σ,1,，,OB=σ,2,，,以,C,（,OC

12、=,）,為圓心作出應(yīng)力圓。可以看出，,單軸應(yīng)力狀態(tài),（,OB=σ,2,=0,，,B,點(diǎn)與,O,點(diǎn)重合）,是以,AB,為直徑的雙軸應(yīng)力狀態(tài)的一特例,。,,,假設(shè)單元體某一截面的法線(xiàn)與主應(yīng)力,σ,1,交角為,α，,在應(yīng)力圓上自,A,點(diǎn)取圓心角,ACD=2,α，,則圓上,D,點(diǎn)的坐標(biāo),OE,和,DE,分別等于截面上的正應(yīng)力,σ,α,和剪應(yīng)力,τ,α,。,證明如下：,,,,,,,,,,1、上述證明和圖解可知，物體或巖石在雙軸應(yīng)力狀態(tài)下，過(guò)其內(nèi)一點(diǎn)與,σ,1,、σ,2,平面,垂直的任意截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力值與兩個(gè)相互垂直的主應(yīng)力的大小和性質(zhì)有關(guān)，也與這個(gè)截面和,主平面,的交角有關(guān)。,,2、從上圖可知，

13、,A,點(diǎn)正應(yīng)力最大,（,σ,1,），,B,點(diǎn)正應(yīng)力最小,（,σ,2,），,兩點(diǎn)均無(wú)剪應(yīng)力,。其它各點(diǎn)所代表的截面上既有正應(yīng)力，又有剪應(yīng)力。,,3、,平分兩個(gè)主應(yīng)力方向的兩個(gè)截面上剪應(yīng)力值最大,（,α=45°,時(shí)等于 ）。,,,4、,當(dāng),σ,1,=σ,2,但符號(hào)不同時(shí)（一壓一張），在與,σ,1,方向呈±45°的截面上，剪應(yīng)力,τ=±σ,1,，,正應(yīng)力,σ=0,，,其應(yīng)力圓是圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，半徑為,σ,1,的圓，稱(chēng)為,純剪應(yīng)力狀態(tài),。,,,,,三、,三軸應(yīng)力狀態(tài),,設(shè)想從物體中取出一單元體，在它的六面對(duì)應(yīng)地作用著三個(gè)相互垂直的主應(yīng)力,σ,1,、,σ,2,、,σ,3,，,于是

14、該單元體處于三軸應(yīng)力狀態(tài)之中。當(dāng),σ,1,>σ,2,>σ,3,時(shí)，各截面上正應(yīng)力和剪應(yīng)力與相應(yīng)主應(yīng)力的關(guān)系，可以根據(jù)上述雙軸應(yīng)力狀態(tài)的分別求得。,,,,,與主應(yīng)力軸,σ,2,平行,的各截面上的應(yīng)力，僅與,σ,1,、,σ,3,有關(guān)，而與,σ,2,無(wú)關(guān)。如圖4-12a中的,截面Ⅰ,，僅與,σ,1,、,σ,3,所決定的莫爾圓上的點(diǎn),D,1,相對(duì)應(yīng)，該點(diǎn)坐標(biāo)即此截面上的應(yīng)力。,,當(dāng)截面Ⅰ和,σ,1,、,σ,3,成,45,°時(shí)：,,,,,同理，,與,σ,3,軸平行,的各截面上的應(yīng)力，僅與,σ,1,、,σ,2,有關(guān)。平行于,σ,3,之截面Ⅱ，（,如圖4-12b,）,僅與,σ,1,、,σ,2,所決定的莫爾圓

15、相對(duì)應(yīng)。,,當(dāng)截面Ⅱ與,σ,1,、,σ,2,成,45,°時(shí)：,,,,與,σ,1,軸平行,的和,σ,2,、σ,3,成45°時(shí)，,截面Ⅲ(,如圖4-12c),上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：,,,,,,由此可知，上莫爾應(yīng)力圓Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圓周上各點(diǎn)，只分別代表與某一主應(yīng)力軸平行的各截面上的應(yīng)力情況，,當(dāng)與三個(gè)主應(yīng)力軸皆不平行的任意截面上的應(yīng)力情況，則由陰影區(qū)表示。,,,四、,應(yīng)力集中及其意義,,根據(jù)材料力學(xué)研究，物質(zhì)內(nèi)部的缺陷（孔洞、缺口、微裂隙等）所在，會(huì)引起應(yīng)力的集中，材料往往在應(yīng)力集中處首先破裂。,,自然界巖石中，應(yīng)力集中現(xiàn)象存在。,,巖體，巖層內(nèi)斷裂的端點(diǎn)、拐點(diǎn)、交匯點(diǎn)等都是應(yīng)力易集中的地方。,,當(dāng)

16、地應(yīng)力積累達(dá)到巖石所能承受的極限時(shí)，即發(fā)生破裂而發(fā)出能量，引起地震，火山等。,,,,第三節(jié),,巖石變形分析,,一、變形與應(yīng)變,,,物體受到力的作用后，其內(nèi)部各點(diǎn)間相互位置發(fā)生改變,—,變形,。它可使原物體發(fā)生體積的改變或形狀的改變。,,,物體變形的程度用應(yīng)變來(lái)度量,。應(yīng)變所涉及的物體形態(tài)的變化，總是與物體的兩個(gè)狀況有關(guān)，一是該物體,此時(shí)此刻的形態(tài)狀況,，另一是初始的,未變形的形態(tài)狀況,。,,,（一）,線(xiàn)應(yīng)變和剪應(yīng)變,,線(xiàn)應(yīng)變,—即物體變形前后的相對(duì)伸長(zhǎng)或縮短;,,剪應(yīng)變,—原來(lái)互呈直交的兩條直線(xiàn)，變形后所改變的角度值.,,,,上圖為一桿件在縱向拉伸下的變形，設(shè)原件長(zhǎng)為,I,0,，,拉伸后為,I

17、,，,桿件縱向絕對(duì)伸長(zhǎng),△,I=I- I,0,,縱向線(xiàn)應(yīng)變?yōu)?,除此這外，橫向上還有縮短。設(shè)桿件橫向厚度為,b,0,，,縮小后為,b，,橫向縮短為,△,b=b- b,0,,橫向線(xiàn)應(yīng)變?yōu)?,,在彈性變形范圍內(nèi)，一種材料的橫向線(xiàn)應(yīng)變與縱向線(xiàn)應(yīng)變之比的絕對(duì)值為一常數(shù)，即 ，此常數(shù),υ,稱(chēng)為,泊松比,。,,,泊松比恒為正值,，材料不同，泊松比也不同，,但不超過(guò),。上述表明，,任何材料在單向拉伸或壓縮條件下，既有平行于作用力方向的變形，又有垂直于作用力方向上的變形,，,此即泊松比效應(yīng)。,物體的這一性質(zhì)，對(duì)于解釋巖石變形具有重要意義。,,,,通過(guò)變形物體內(nèi)部任意點(diǎn)總是可以取這樣一個(gè)

18、立方體，在其,三個(gè)相互垂直的面上都只有線(xiàn)應(yīng)變而無(wú)剪應(yīng)變,，即,僅有伸長(zhǎng)與縮短,。這三個(gè)相互垂直的平面稱(chēng)為,主應(yīng)變面,，三個(gè)主應(yīng)變方向即,主應(yīng)變軸,。,,規(guī)定：最大伸長(zhǎng)方向?yàn)?A,軸,，,,最大縮短方向?yàn)?C,軸,，,,二者之間稱(chēng)為,B,軸,，,,,B,軸方向可伸可縮，但其量均不超過(guò),A,軸和,C,軸。,,（二）均勻變形和非均勻變形,,巖石基本變形方式有5種：1、拉伸2、擠壓3、剪切4、彎曲5、扭轉(zhuǎn)。,,,,,,,,,,,,,均勻變形,—變形巖石各個(gè)部分的變形性質(zhì)、方向和大小都相同的變形。,,,特征,：,變形前為直線(xiàn)，變形后仍為直線(xiàn)。,（,1、2、3,、屬此類(lèi)）,,,,非均勻變形,—變形巖石各點(diǎn)

19、變形方向、大小和性質(zhì)都有變化的變形（,4、5,、,屬此類(lèi)）,,,（三）旋轉(zhuǎn)變形與非旋轉(zhuǎn)變形,,非旋轉(zhuǎn)變形,—應(yīng)變軸大小有變化，方位無(wú)變化的一種變形（如壓、拉）,,,旋轉(zhuǎn)變形,—應(yīng)變軸大小、方位均有變化的一種變形（如剪切，左行、右行）,,,二、巖石變形的階段,,,固體物質(zhì),的變形一般可分四個(gè)階段，即,彈性變形階段,、,流動(dòng)變形階段、強(qiáng)化變形階段和破壞變形階段,。以低碳鋼的,拉伸,實(shí)驗(yàn)為例，將其在逐漸加載至材料發(fā)生破壞的整個(gè)過(guò)程中,應(yīng)力,（,σ,）,和,應(yīng)變,（,ε,）,的關(guān)系用坐標(biāo)來(lái)表示如圖所示。,,（一）彈性變形階段,,在逐漸加載至材料發(fā)生破壞的整個(gè)過(guò)程中,應(yīng)力,（,σ,）,和,應(yīng)變,（,ε,

20、）,的關(guān)系,,,OA,段為直線(xiàn)，,應(yīng)力與應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系,，,過(guò)了,A,點(diǎn)，直線(xiàn)開(kāi)始略為彎曲，但不明顯；至,B,點(diǎn)以后才明顯彎曲。,一般材料的,A、B,兩點(diǎn)非常接近,。在,OAB,內(nèi)為,彈性變形階段,，應(yīng)力消除，變形也消失，,其變形是可逆的。,,（二）流動(dòng)變形階段,：,,過(guò)了,B,點(diǎn)以后，如應(yīng)力繼續(xù)增加，試件的伸長(zhǎng)速度明顯加快，當(dāng)越過(guò),C,點(diǎn)后出現(xiàn)一個(gè)水平線(xiàn)段,CD，,這種,荷載基本不變而試件卻不斷伸長(zhǎng)的階段,稱(chēng)為,流動(dòng)變形階段,。此時(shí)若把試件拋光，則在試件拋光面上可見(jiàn),呂德氏線(xiàn),。這個(gè)階段的,C,點(diǎn)稱(chēng)為屈服點(diǎn),，該點(diǎn)的應(yīng)力,σ,r,稱(chēng)為屈服極限或流動(dòng)極限，因此亦可稱(chēng),屈服應(yīng)變階段,。,,過(guò),B

21、,點(diǎn)以后，應(yīng)力繼續(xù)增加，試件伸長(zhǎng)速度明顯加快，過(guò),C,點(diǎn)后出現(xiàn)的,C-D,階段，是,荷載基本不變而試件卻不斷伸長(zhǎng)的階段，,稱(chēng)為,流動(dòng)變形階段,。,C,點(diǎn)稱(chēng)為屈服點(diǎn)。,,（三）強(qiáng)化變形階段,：,,試件經(jīng)過(guò)流動(dòng)變形階段后，若要使其,繼續(xù)變形,，則需要克服其中,不斷增長(zhǎng),的,抵抗力,，,材料在塑性變形過(guò)程中不斷發(fā)生強(qiáng)化，因此這一階段稱(chēng)為強(qiáng)化變形階段,。由于在,強(qiáng)化階段,中試件的變化主要是,塑性變形,，,所以要比彈性階段內(nèi)的變形大得多。,若在此階段,Z,點(diǎn)卸載，則應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)下落至,M,點(diǎn)，即保留了,ε,s,段的塑性變形（,ε,s,為回復(fù)了彈性變形），因此塑性變形是不可逆的永久變形。,,經(jīng)過(guò)流動(dòng)變形

22、階段后，要使其,繼續(xù)變形,，則需要克服其中,不斷增長(zhǎng),的,抵抗力,，,材料在塑性變形過(guò)程中不斷發(fā)生強(qiáng)化，,D-E,階段稱(chēng)為,強(qiáng)化變形階段,。,,,在,強(qiáng)化階段,中主要是,塑性變形,，,所以要比彈性階段內(nèi)的變形大得多。,若在,Z,點(diǎn)卸載，則應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)下落至,M,點(diǎn)，即保留了,ε,s,段的塑性變形，因此,塑性變形是不可逆的永久變形。,,（四）破壞變形階段：,,塑性變形后，材料的抵抗能力有所恢復(fù)，但應(yīng)力增加與應(yīng)變?cè)黾拥谋壤h(yuǎn)小于彈性極限以前的階段，曲線(xiàn)上凸，斜率較小。,當(dāng)達(dá)到,E,點(diǎn)時(shí),，,外力達(dá)到最大值，稱(chēng)為強(qiáng)度極限（,σ,B,）,即材料破壞前能夠承受的最大應(yīng)力,。在此階段試件伸長(zhǎng)到一定程度后

23、，其內(nèi)某一段的橫截面會(huì)產(chǎn)生收縮，出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。 隨后載荷讀數(shù)逐漸降低，,當(dāng)過(guò)了,E,點(diǎn)后，曲線(xiàn)開(kāi)始下降，至,K,點(diǎn)試件被拉斷。,,,塑性變形后，應(yīng)力增加與應(yīng)變?cè)黾拥谋壤h(yuǎn)小于彈性極限以前的階段，曲線(xiàn)上凸，斜率較小。,當(dāng)達(dá)到,E,點(diǎn)時(shí),，,外力達(dá)到最大值，稱(chēng)為強(qiáng)度極限（,σ,B,）,,達(dá)到強(qiáng)度極限，試件伸長(zhǎng)到一定程度后，其內(nèi)某一段的橫截面會(huì)產(chǎn)生“頸縮”現(xiàn)象。隨后載荷讀數(shù)逐漸降低，,當(dāng)過(guò)了,E,點(diǎn)后，曲線(xiàn)開(kāi)始下降，至,K,點(diǎn)試件被拉斷。,,,,塑性變形,—當(dāng)外力持續(xù)增加，超過(guò)巖石的彈性極限后再取消外力，巖石不能完全恢復(fù)原態(tài)的變形（剩余變形、永久變形）。當(dāng)外力增加使變形達(dá),C,點(diǎn)后，即使外力拆

24、除，變形仍繼續(xù)進(jìn)行，稱(chēng)為,屈服或塑性流變,，,C,點(diǎn)為屈服點(diǎn)。（巖石塑性變形的本質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)的滑移）遭受塑性變形后的巖石，其巖石內(nèi)部的結(jié)合力未變，因此，,巖石的彈、塑性變形特征，是形成褶皺構(gòu)造的重要因素,。,,,斷裂變形,—當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖石的強(qiáng)度極限時(shí)，達(dá),D,點(diǎn)，巖石內(nèi)部的結(jié)合力遭破壞，失去完整連續(xù)性的變形。,,,強(qiáng)度,—,巖石在外力作用下抵抗破壞的能力,，各種巖石不同（,P101，,表4-3參照，,P66，,表5-1）通常：抗壓強(qiáng)度,>,抗剪強(qiáng)度,>,抗張強(qiáng)度,,,常溫常壓下各類(lèi)巖石的強(qiáng)度極限,（單位,MPa,）,巖 石 抗壓強(qiáng)度 抗剪強(qiáng)度 抗張強(qiáng)度,,

25、花崗巖,150（37-379） 20（15-30） 5-7,,砂 巖,75（11-252） 10（5-15） 1-3,,石灰?guī)r,96（6-360） 17（10-20） 3-6,,大理巖,100（31-262） 8（5-20） 3-9,,玄武巖,250（150-350） 15（10-20） ---,,頁(yè) 巖,50（20-80） 2（1.7-3.3） ---,,,張裂,—當(dāng)張應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)抗張

26、強(qiáng)度時(shí)，在垂直于張應(yīng)力或平行于主壓應(yīng)力軸方向上產(chǎn)生斷裂。,,斷裂變形兩種方式,：,張裂,和,剪裂,,剪裂,—當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)抗剪強(qiáng)度時(shí)，沿與,σ,1,、σ,3,均斜交的面上發(fā)生剪切破裂。,,,巖石性質(zhì)不同，破裂方式也不一樣,。,韌性材料,當(dāng)張應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度,D,點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn),細(xì)頸化,，此時(shí)外力不增加，變形仍繼續(xù)，曲線(xiàn)達(dá),E,點(diǎn)，即破裂于細(xì)頸處。但,脆性材料,在拉伸狀態(tài)下破裂不出現(xiàn)細(xì)頸化，,直接為張裂,。,,韌性材料,出現(xiàn),細(xì)頸化,，破裂于細(xì)頸處;,脆性材料,在拉伸狀態(tài)下破裂不出現(xiàn)細(xì)頸化，,直接為張裂,。,,第 四 節(jié),,應(yīng)變橢球及其在構(gòu)造分析中之應(yīng)用,設(shè)想物體內(nèi)有一均質(zhì)圓球，在其受力作用后變

27、形成橢球，即稱(chēng),應(yīng)變橢球,。,,,應(yīng)變橢球三軸不等長(zhǎng),，有三個(gè)相互垂直的對(duì)稱(chēng)面，這些面相交于橢球體的三個(gè)主直徑,λ,1,、λ,2,、λ,3,。,,規(guī)定：,λ,1,為最大應(yīng)變方向,,,λ,2,為中間應(yīng)變方向,,,λ,3,為最小應(yīng)變方向,橢球在,λ,1,方向上,,半徑為,,橢球在,λ,2,方向上,,半徑為,,橢球在,λ,3,方向上,,半徑為,,平行于,λ,1,、λ,2,、λ,3,的坐標(biāo)軸分別為,X、Y、Z，,則應(yīng)變橢球上各點(diǎn)坐標(biāo)與主應(yīng)變關(guān)系為：,,,,,（,x、y、z,分別為變形后坐標(biāo)值，,λ,1,、λ,2,、λ,3,分別為主應(yīng)變量）,(A、X),,（B、Y）,,（C、Z）,,,,應(yīng)變橢球可截出,

28、與中間應(yīng)變方向彼此相交的,兩個(gè)圓截面,，在,此圓截面上應(yīng)是均勻變形,。,,,,均勻變形之巖石,，若有主應(yīng)變方向和相對(duì)大小，則可知應(yīng)變橢球之形態(tài)，即可知：,,,主應(yīng)變,λ,1,、λ,2,、λ,3,方向相當(dāng)于應(yīng)變軸,A、B、C,（,即上述,X、Y、Z）,三個(gè)方向。,,,A,軸—最大伸長(zhǎng)軸,,,B,軸—中間軸,,,C,軸—最大縮短軸,,(A、X),,（B、Y）,,（C、Z）,,,1、張節(jié)理平行于,BC,面,（,YZ,面,）；,,2、褶皺軸面，片理，流劈理平行于,AB,面,（,XY,面,）；,,3、,共軛剪面的交線(xiàn)平行于,B,軸,（剪節(jié)理、逆斷層、平移斷層）,,(A、X),,（B、Y）,,（C、Z）,,,第五節(jié) 遞進(jìn)變形,,,遞進(jìn)變形,—外力持續(xù)作用，無(wú)數(shù)微量應(yīng)變及相應(yīng)的應(yīng)變狀態(tài)不斷積累的過(guò)程。,,,巖石應(yīng)變可分兩部分：,,,有限應(yīng)變,—已經(jīng)發(fā)生的應(yīng)變總和。,,,無(wú)限小應(yīng)變,—正在發(fā)生的瞬時(shí)應(yīng)變。,,,遞進(jìn)變形過(guò)程中，有限應(yīng)變的主應(yīng)變軸和無(wú)限小應(yīng)變的主應(yīng)變軸的方位始終相同者，為,共軸遞進(jìn)變形,（純剪應(yīng)變）,,有限應(yīng)變的三根主軸,X、Y、Z,與主應(yīng)力軸,σ,1,、σ,2,、σ,3,始終平行,,有限應(yīng)變主應(yīng)變軸在遞進(jìn)應(yīng)變過(guò)程中不斷改變其方位，則為,非共軸遞進(jìn)變形,（單剪應(yīng)變）。,,主應(yīng)力軸不變，而應(yīng)變軸方位則不斷在改變,。,,第六節(jié) 破裂理論概述,,,,