《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)第五章ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第五章巖石力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)巖石力學(xué)性質(zhì)的幾個(gè)基本概念差應(yīng)力σ1-σ3常規(guī)三軸真三軸?2?3?1σ1>σ2=σ3σ1≠σ2≠σ3有關(guān)巖石在應(yīng)力作用下的變形行為的多數(shù)資料是通過(guò)巖石變形實(shí)驗(yàn)得來(lái)的,巖石在外力的作用下,一般都會(huì)經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、斷裂變形三個(gè)階段。這三個(gè)階段依次發(fā)生,但不是截然分開(kāi)的,而是彼此過(guò)渡的。由于巖石力學(xué)性質(zhì)不同,不同巖石的三個(gè)變形階段的長(zhǎng)短和特點(diǎn)也各不相同。巖石變形的階段1、彈性變形(1)彈性變形的概念:巖石在外力作用下變形,當(dāng)外力解除后,巖石又恢復(fù)到變形前的狀態(tài),這種變形行為叫彈性變形(2)彈性變形的特點(diǎn):應(yīng)力和應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系,符合胡克定律:σ=Ee式中σ為應(yīng)力,

2、e為應(yīng)變,E為彈性模量線(xiàn)段OA為彈性變形階段，在巖石變形的初期階段,應(yīng)力應(yīng)變圖上為一段斜率較陡的直線(xiàn)0A,說(shuō)明應(yīng)力與應(yīng)變成正比,在A點(diǎn)前撤除應(yīng)力,巖石可恢復(fù)到變形前的形態(tài).(2)塑性變形的概念:物體受力變形,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)屈服點(diǎn)后造成巖石永久應(yīng)變的變形叫塑性變形2、塑性變形(3)塑性變形的特點(diǎn):AB曲線(xiàn)為塑性變形階段。應(yīng)力與應(yīng)變呈非線(xiàn)形關(guān)系,當(dāng)外力解除之后物體也不能恢復(fù)原狀。過(guò)A點(diǎn)后應(yīng)力緩慢增加，一直到B點(diǎn)，應(yīng)力值達(dá)到最大值。(1)屈服應(yīng)力σy:隨著變形繼續(xù)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)斜率變小，這是如果撤去應(yīng)力，曲線(xiàn)并不回到原點(diǎn)，而與e軸交與e1，試樣超過(guò)彈性極限而永久變形，這個(gè)極限點(diǎn)的應(yīng)力叫屈服

3、應(yīng)力。完全塑性變形：在屈服應(yīng)力作用下，巖石以韌性方式連續(xù)變形，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的斜率為零。應(yīng)變硬化——3.斷裂變形:(1)斷裂變形的概念:外力達(dá)到或超過(guò)受力物體的強(qiáng)度極限,物體的內(nèi)聚力遭到破壞而產(chǎn)生破裂,叫做斷裂變形。(2)斷裂變形的特點(diǎn):應(yīng)力與應(yīng)變呈非線(xiàn)性關(guān)系,受力物體失去連續(xù)性。在應(yīng)力－應(yīng)變圖上,B點(diǎn)即為巖石的強(qiáng)度極限點(diǎn),對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的應(yīng)力值為巖石的極限強(qiáng)度,過(guò)B點(diǎn)后,應(yīng)力下降較快,巖石產(chǎn)生破裂,失去連續(xù)完整性。巖石的極限強(qiáng)度當(dāng)應(yīng)力超過(guò)某一值時(shí)，巖石就會(huì)以某種方式發(fā)生破壞，發(fā)生斷裂變形，這時(shí)的應(yīng)力值成為巖石的極限強(qiáng)度。同一巖石的強(qiáng)度,在不同性質(zhì)的應(yīng)力作用下,差別較大。常溫常壓下一些巖石的

4、強(qiáng)度極限巖石抗壓強(qiáng)度(MPa)抗張強(qiáng)度(MPa)抗剪強(qiáng)度(MPa)花崗巖148(37－379)3－515－30大理巖102(31－262)3－910－30石灰?guī)r96(6－360)3－612－20砂巖74(11－252)1－35－15玄武巖275(200－350)10頁(yè)巖20－802巖石的抗壓強(qiáng)度>抗剪強(qiáng)度>抗張(拉)強(qiáng)度脆性材料韌性材料在斷裂前的塑性變形的應(yīng)變量小于5%的材料在斷裂前的塑性變形的應(yīng)變量大于10%的材料牛頓流體流體的粘性流體內(nèi)部各流層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，層面之間存在的一種內(nèi)摩擦效應(yīng)。牛頓流體線(xiàn)粘性定律對(duì)一定的粘性流體而言，流動(dòng)速度梯度越大，其摩擦阻力就越大，即層面之間的剪應(yīng)力

5、越大。服從粘性定律的材料粘彈性體既具有彈性，又能發(fā)生粘性流動(dòng)的材料第二節(jié)影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素☆各向異性☆圍壓☆溫度☆孔隙流體☆時(shí)間各向異性由于成分和結(jié)構(gòu)等的不同，造成巖石力學(xué)性質(zhì)的各向異性。在各向異性的巖石中，脆性破裂的發(fā)生將會(huì)受到先存薄弱面（各種界面）的影響，其極限強(qiáng)度將隨主應(yīng)力軸相對(duì)于巖石中的各向異性構(gòu)造的方位變化而變化，而且，其剪裂面也可能明顯的偏離斷裂準(zhǔn)則所預(yù)測(cè)的方向。圍壓圍壓增大，一方面增大了巖石的極限強(qiáng)度，另一方面增大了巖石的韌性。圍壓增大脆性韌性圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響的原因在于,圍壓使固體物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)彼此靠近,增強(qiáng)了巖石的內(nèi)聚力,從而使巖石不容易破裂。上述情況表明,在近地表

6、的部位,巖石中的圍壓較小,因此,巖石多表現(xiàn)為脆性,因而容易發(fā)生脆性破裂;而在地殼的深處,巖石處于一種高圍壓的環(huán)境,因而,巖石表現(xiàn)為韌性,甚至出現(xiàn)韌性流動(dòng),所以容易形成褶皺和韌性斷層。溫度溫度升高，巖石的屈服極限降低，韌性增大。絕大多數(shù)巖石在近地表的常溫常壓的條件下是脆性的,隨著巖石所處深度的增加,溫度也隨之的升高,溫度的升高導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度降低,彈性減弱,韌性顯著增強(qiáng)。玄武巖巖石實(shí)驗(yàn)表明,在500MPa的圍壓下,25℃時(shí)玄武巖的強(qiáng)度極限為1500MPa,而在500℃時(shí),玄武巖在100MPa的壓應(yīng)力下就開(kāi)始塑性變形,當(dāng)溫度升至800℃時(shí),則只需200MPa巖石就發(fā)生塑性變形了。礦物與巖石一樣

7、,溫度升高,其彈性極限和抗壓強(qiáng)度明顯降低,容易發(fā)生塑性變形。對(duì)磁黃鐵礦在100MPa圍壓下的變形實(shí)驗(yàn)表明,在25℃時(shí),磁黃鐵礦的強(qiáng)度極限為550MPa,當(dāng)溫度升至200℃時(shí),礦物的彈性極限降至200MPa左右,當(dāng)溫度升至300℃以上,只需幾十MPa就可使磁黃鐵礦發(fā)生顯著的塑性變形。巖石在地表多為脆性,到了一定深度隨著溫度的升高,巖石會(huì)從脆性向韌性過(guò)渡,因此,巖石的變形常把溫度和圍壓一起考慮。Heard提出了以發(fā)生破壞時(shí)的應(yīng)變值達(dá)到3