1、第四章 地质构造分析的力学基础一、 应力分析二、变形分析三、影响岩石力学性质与岩石变形的因素一、 应力分析地壳中地质构造是地壳中的作用力达到和超过岩石的强度极限或屈服极限 , 岩石发生构造变形而形成的 , 所以 , 地质构造的形成与力之间存在着密切的依存关系 . 要研究地质构造的成因 , 形成机制 , 发展和组合规律 , 就要研究力在地壳中的分布规律 , 活动规律 , 变化规律 , 时间和空间规律 , 要研究地质构造与作用力的之间的几何和空间关系 , 从而由地质构造的特征去追溯地质历史时期作用力的方式、方向和大小 , 及其时空变化规律。 （一）有关力的一些概念1. 外力的概念 : 对于一个物体
2、来说 , 另一个物体施加于这个物体的的力称为外力 .外力又可分为面力和体力两种类型 :面力 : 通过接触面作用于物体的力体力 : 物体内每一个质点都受到的力 , 它不通过接触 , 而是相隔一定的距离相互作用 , 如太空星球之间的吸引力 , 物体的重力等 2. 内力的概念 : 物体内部各部分之间的相互作用力叫内力内力又可分为固有内力和附加内力两种类型 :固有内力 : 一物体未受外力作用时 , 其内部质点之间存在的相互作用力 , 这种相互作用力使各质点处于相对平衡状态 , 从而使物体保持一定的形状 , 这种力称为物体的固有内力 .附加内力 :物体受到外力作用时 , 其内部各质点的相对位置发生了变化
3、 , 它们之间的相互作用力也发生了变化 , 这种物体内部内力的改变量称为附加内力3. 应力的概念 :一物体受外力 P 的作用 , 物体内部产生与外力作用相抗衡的附加内力 p, 将物体沿截面 A切开 , 取其中一部分 , 此时 , 截面 A 上的附加内力与外力 P 大小相等 , 方向相反。 应力 可定义为受力物体内任意一截面单位面积上的附加内力。s =P/A 应力的单位是帕斯卡(Pa)或兆帕 (MPa), 并规定 , 挤压力为 “正 ”, 拉张力为 “负 ”。4. 附加内力的分解在物体内任意选取一个与外力作用方向不相垂直的小截面 dF, 作用于截面 dF 上的附加内力为 dP , 根据平行四边形
4、法则 , 可将内力 dP 分解为垂直于截面 dF 的分力 dN , 及平行于截面 dF 的分力 dT.正应力 : 垂直于截面 dF上的应力s=dN/dF剪应力 : 平行于截面 dF 上的应力t=dT/dF规定 : 顺时针剪切为 “负”, 逆时针剪切为 “正 ”（二） 应力状态和应力椭球体1、 应力状态点的应力状态 : 过物体中某一点的各个不同方向截面上的应力情况截取包含该点的一个小单元体 ,一个正六面体来研究 . 如单元体选择在六个面上只有正应力的作用 , 而无剪应力的作用，这六个面上的正应力叫做主应力。 微小单元体六个截面上的三对主应力 , 每对主应力作用方向线叫做主应力轴 , 主应力所作用
5、的截面称为主应力面或主平面若单元体六个截面上的三对主应力的值都相等时 , 称为等应力状态 , 在这种应力状态下 , 物体只发生体积膨胀或收缩的变化而不会产生形态变化 (畸变 ). 当单元体六个截面上的三对主应力不都相等时, 单元体截面上存在最大主应力 s1, 中间主应力 s2和最小主应力 s3, 这种应力状态可导致物体形态变化 (畸变 ), 其中 s1-s3 之值称为应力差。 2、 应力椭球体当物体内一点主应力性质相同，大小不同 , 即s1s2s3时 , 可以取三个主应力的矢量为半径 , 作一个椭球体 , 该椭球体代表作用于该点的全应力状态 , 称为应力椭球体，其中长轴代表最大主应力 s1, 短轴代表最小主应力 s3, 中间轴代表中间主应力 s2沿椭球体三个主应力平面切割椭球体 , 可得三个椭圆 , 叫应力椭圆 , 每一个应力椭圆中有两个主应力 , 代表二维应力状态 . 这三个应力椭圆分别为 : s1与s2椭圆、 s1与 s3椭圆、 s2与 s3椭圆。
