1、构造地质构造地质Structural Geology第三章 地质构造分析的力学基础The third chapter geological structure analysis of mechanics foundation1.了解应力、变形、应变椭球体的概念；2.初步掌握固体岩石变形的方式及变形阶段；3.初步掌握单轴应力状态下的应力分析4.初步掌握应变椭球体的特征；5.了解影响固体岩石变形的主要因素；6.初步掌握蠕变与松驰在地质事件中的作用与地位第三章 地质构造分析的力学基础本章教学目的本章重点难点1. 固体岩石变形的方式及变形阶段；2.影响固体岩石变形的主要因素；3.单轴应力状态下的应力分
2、析；4.应变椭球体在地质构造分析中的运用；第二章 沉积岩层的原生构造及其产状第一节：力和应力一、外力、内力、应力力是物体间的相互作用，力可以改变物体运动状态，物体受力会发生变形，力有三要素：大小、方向、作用点，为矢量。 、外力（ F） P其它物体作用在所研究物体上的力称外力。它分为：面力：指通过接触面传递体力：不通过接触，物体内每个质点都受到的力，如引力。 、内力是同一物体内部各部分之间的相互作用力。未受力时，内部质点间的力，使物体平衡，固有内力受力时，新平衡间的力，称附加内力。附加内力阻止物体继续变形并力图恢复其原来的形状，我们探讨的 内力，即指着附加内力。 、应力在外力作用下单位面积上的内
3、力大小，或应力是外力的度量。材料力学中用截面法研究应力。第三章 地质构造分析的力学基础 地质构造是岩石变形的产物。岩石变形是在外力作用下，内部质点发生位移的结果。要深入研究构造发生、发展的规律及其形成机制，需要学习和了解有关岩石变形的力学基础知识。二、应力状态与应力椭球体 、应力状态当物体受力作用后，内部质点间的应力分布是不相同的，为了研究内部的应力分布，常从点应力状态入手，即通过物体内部任意点总是可以截取这样一个单元体，使其这个面上都只有正应力，而无剪应力，那么这三个方向的正应力称为主应力，这三个主应力大小相等，也可不等，即可为压应力，也可为张应力。若三个主应力 1=2=3， 则物体只发生体
4、积改变，而形状不变；若三个应力不等 123， 则形状改变，其变化大小决定于应力差 1（最大） 3（最小）。它的存在是物体变形的根本之所在。此外，每主应力作用方向线称为主应力轴，而对应应力的作用面则称为主平面，如右图 3-1 S1 、 S2 、 S3 。图 3-1作用于单元体的三个主应力（ 1、 2、 3）及三个主平面（ S1、 S2、 S3） 第三章 地质构造分析的力学基础物体中一点的空间应力状态可依应力椭球体的形状分为以下：1.三轴应力状态（空间）自然界中最普遍的 1230 2.双轴应力状态 （平面） 12 3=0（双轴压缩）12 =03 （单面应力）3.单轴应力状态（线状）即 1 2 =3
5、=0地质工作者在一般情形下，对地质构造现象的分析中，多采用此法，化繁为简，抓住最初步的规律。如今后要讲的褶皱的形成，地堑的形成机制。 、应力椭球体当主应力 123时，可按一点的主应力矢量为半径作出一个椭球体称为应力椭球体。三轴应力椭球体透视图（ A）和椭球体每一主平面（ B）第三章 地质构造分析的力学基础三、应力分析 （单轴应力状态二维应力分析）在地质构造分析中，应力的分解不是任意的，通常只有当力与截面斜交时，才能分解，平行的剪应力，正交的正应力 ，其主应力 1与正应力和剪应力的关系如下图：sA P / Aa P / A0 cosa s1cosa （ 3-1）s s1cos2a=1/2s1（
6、1+ cos2a ）（ 3-2）P PAssAA0 s1cosa sina = 1/2s1 sin2a （ 3-3）第三章 地质构造分析的力学基础分析（ 3-2），（ 3-3）式有如下特点：1.从（ 3-2）式中 ： 当 a=0cos2a=1 则 =1若 a=090 间 cos2a1 则 1结论：在与主应力方向垂直的截面上正应力值最大2.从（ 3-3）式中： 当 a=0时， sin2a=0 则 =0结论 :在与主应力方向呈垂直的截面上无剪应力作用当 a=45或 135时， sin2a=1 则 =1结论：在主应力 1呈 45交角的截面上剪应力最大其值为 1的一半这个剪切面是呈对称出现的，所以在野
7、外常见共轭剪节理存在，就是这个道理。当 a大于或小于 45， sin2a1， 13.当 a=90时 则 =0 =0结论 :平行作用力的截面上既无正应力也无剪应力。第三章 地质构造分析的力学基础四、应力集中的概念物质内部的缺陷所在，会引起局部应力集中。地壳就象打碎了的盘子，到处都为断裂分划或透入，它在地表纵横交错，在地下盘根错节。因此，地壳中应力集中的机遇是常见的，如断裂端点、拐点、分叉点、交叉点常孕育破坏性的地震。日常生活中，我们用钢笔（蘸水笔）写字，也会发生应力集中，为防断裂在笔上方挖一个洞，就是为了释放应力。1.构造地震 岩石脆性断裂2.地震预报的基本任务之一是确定地壳中应力集中的区域释放
8、应力还可将破坏性大地震转化为小地震，如在美国西海岸的圣安德烈斯断层上打钻。 小贴士思考：你知道为什么篮球要做成圆形的吗？结论：篮球做成圆形，每拍一次篮球都能使得篮球的点应力得到集中。第三章 地质构造分析的力学基础第二节 变形分析 、应变 物体变形程度的衡量 就称相对变形。为什么要用应变来描述度量绝对变形呢？例： 1米长的物体受力变形为 1厘米10米长的物体受力变形也为 1厘米那么他们二者的形变程度显而不一样，若单用变形就不能定量，则需要用应变来度量。 、变形 地质体在构造力作用下所产生的形状或体积的改变称变形。变形有赖于作用力的大小和方向，也赖于形变物体的性能，地质上一般将大于 1%-3%的变形称为大变形或有限变形，构造地质就是研究此。地质上常见的五种变形方式：一、变形与应变拉伸（伸长）、挤压（压缩）、 剪切、弯曲、扭转岩石各种变形方式的图示第三章 地质构造分析的力学基础
