【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 局部構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的 規(guī)模 分類 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) 全球構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) 古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) —— 第三紀(jì)以前的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的 時(shí)間 分類 新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) —— 第三紀(jì)以后的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) 現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) — 現(xiàn)在正作用于地殼的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要研究古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng) , 揭示和研究一定范圍內(nèi)地殼中應(yīng)力的分布規(guī)律和變化規(guī)律 , 研究應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與地質(zhì)構(gòu)造的內(nèi)在關(guān)系 , 研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)的方式、方向及區(qū)域構(gòu)造發(fā)育的制約關(guān)系。 3. 應(yīng)力軌跡 : 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中各點(diǎn)的主應(yīng)力 (最大主應(yīng)力 s中間主應(yīng)力 s最小主應(yīng)力 s3)或 /和剪應(yīng)力作用方位的跡線叫 應(yīng)力軌跡 , 又稱應(yīng)力跡線或應(yīng)力網(wǎng)絡(luò)。表示某一范圍內(nèi)的應(yīng)力軌跡的圖即為 應(yīng)力軌跡圖 。 邊界條件的概念 : 在材料力學(xué)中 , 將受力物體的幾何形態(tài)和邊界幾何形態(tài)以及作用力的性質(zhì)、方向、大小稱為邊界條件。 在地殼中 , 巖石中應(yīng)力的分布狀況是與一定的邊界條件有關(guān) , 當(dāng)受力巖石的物質(zhì)組成一定 , 其內(nèi)的應(yīng)力分布是受邊界條件控制的 , 邊界條件不同 , 受力巖石內(nèi)部的應(yīng)力分布也就不同 , 同樣 , 應(yīng)力軌跡也就不同。 例如 , 一矩形物體在 單向拉伸 條件下 , 僅有主張應(yīng)力 s3的軌跡和最大剪應(yīng)力 tmax軌跡線 。 而在 單向擠壓 的條件下 , 僅有主壓應(yīng)力 s1和最大剪應(yīng)力 tmax的軌跡線。 4. 應(yīng)力集中 : 當(dāng)物體內(nèi)部有孔洞 , 缺口或裂隙存在時(shí) , 就會(huì)在這些地方產(chǎn)生 局部的應(yīng)力集中 。 地殼中的巖石中有上述的現(xiàn)象時(shí) , 也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中 , 應(yīng)力集中會(huì) 影響構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力分布狀態(tài) . 地球的演化經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史 , 一個(gè)地區(qū)發(fā)生過(guò)多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造變形 , 在早期構(gòu)造變形的部位 , 尤其是在 斷裂的端點(diǎn) , 拐折點(diǎn) , 分枝點(diǎn)以及兩條或兩條以上的斷裂的交匯處 , 都是后期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力集中部位 有破裂存在的巖石再次受力后 , 其應(yīng)力集中 與受力條件有密切關(guān)系 , 例如 , 張應(yīng)力作用方向與先存破裂面垂直 , 則在破裂面兩端產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū) 。 當(dāng)壓應(yīng)力作用方向與先存破裂面垂直時(shí) , 則不出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū) . 此外 , 應(yīng)力集中還 與巖石的力學(xué)性質(zhì)有關(guān) , 當(dāng)巖石呈韌性時(shí) , 雖然巖石中有斷裂存在 , 后期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中 。 而巖石呈脆性狀態(tài)時(shí) , 后期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)則在斷裂處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中 . 應(yīng)力集中現(xiàn)象 第三章 地質(zhì)構(gòu)造分析的力學(xué)基礎(chǔ) 二、變形分析 （一） 變形 1. 物體變形的概念 : 物體受到力的作用后 , 其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互位置發(fā)生改變叫做變形。 體積變化 , 稱體變或容變 形變 形態(tài)變化 , 稱形變或畸變 變形 直移 位移 旋轉(zhuǎn) 插入視頻文件 —— 體變 體變 插入視頻文件 —— 形變 1 形變 插入視頻文件 —— 形變 2 形變 插入視頻文件 —— 直移 直移 插入視頻文件 —— 旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn) : 物體變形的基本力學(xué)方式 有五種 : 拉伸、擠壓、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn) 3. 物體變形的規(guī)模 大變形 : 物體變形量 1－ 3%的變形 小變形 : 物體變形量 1－ 3%的變形 4. 均勻與非均勻變形 : （ 1）均勻變形 : 巖石的各個(gè)部分的變形性質(zhì)、方向和大小都相同的變形 變形前 變形 變形后 直線 直線 平行直線 平行直線 平面 平面 平行平面 平行平面 （ 2）非均勻變形 : 巖石的各個(gè)部分的變形性質(zhì)、方向和大小發(fā)生變化的變形。 例如 , 彎曲和扭轉(zhuǎn)就是非均勻變形 , 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要研究的多是這類變形 , 但在具體研究時(shí) , 多把整體的非均勻變形分解成局部的均勻變形來(lái)討論分析 , 即把非均勻變形視為若干連續(xù)的局部均勻變形的總和。 變形前 變形 變形后 直線 曲線 平行直線 非平行直線 平面 曲面 平行平面 非平行平面 （二） 應(yīng)變 1. 應(yīng)變的概念 : 變形物體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間相對(duì)位移的程度 , 是物體變形程度的量度。 2. 線應(yīng)變 : 物體內(nèi)某方向上 單位長(zhǎng)度的改變量叫線應(yīng)變 一桿件受縱向拉伸變形 , 設(shè)桿件原長(zhǎng)為l0, 拉伸變形后的長(zhǎng)度為 l, 那么 , 桿件 絕對(duì)伸長(zhǎng)為 : △ l=l－ l0 縱向線應(yīng)變定義為 : e =(l－ l0)/ l0 即 e = △ l / l0 實(shí)驗(yàn)證明 , 桿件拉伸變形 , 不但有縱向伸長(zhǎng)變形 , 同時(shí)還有橫向縮短變形。設(shè)桿件原厚度為 b0, 變形縮短后的長(zhǎng)度為 b, 那么 , 其 橫向線應(yīng)變 為 : e0 =(b－ b0)/ b0 e0 = △ b /b0 在彈性變形范圍內(nèi) , 一種材料的橫向線應(yīng)變與縱向線應(yīng)變之比的絕對(duì)值為一常數(shù) ,此常數(shù)稱為 泊松比（ υ ） 。即 : υ=| ε0 |/| ε | 各種材料的泊松比都不同 , 但均不超過(guò) 線應(yīng)變的其它表示方法 : 直線的 長(zhǎng)度比 (S): 是指線段變形后長(zhǎng)度與變形前長(zhǎng)度之比 : S=l / l0 = 1+ e 線段的 平方長(zhǎng)度比 : l =(l / l0 )2=(1+ e) 2 據(jù)上兩式有 : S=1+ e =√l 3. 剪應(yīng)變 : 初始相互垂直的兩條直線變形后 , 它們之間直角的改變量叫做 角剪應(yīng)變 , 它的正切函數(shù)稱為 剪應(yīng)變 , 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 : g=tgy 在小應(yīng)變的情況下 , 剪應(yīng)變 g近似等于角剪應(yīng)變 y, 因此 , 剪應(yīng)變也可用角的弧度來(lái)表示。但在大應(yīng)變的情況下 , 二者不可混用。 4. 應(yīng)變橢球體 : 巖石發(fā)生變形時(shí) , 其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置將發(fā)生變化。設(shè)想在變形前巖石中有一個(gè)半徑為 1 的單位球體 , 變形后成為一橢球體。這一個(gè)橢球的形態(tài)和方位表示了巖石的應(yīng)變狀態(tài) , 稱為 應(yīng)變橢球體 . 應(yīng)變橢球有三個(gè)互相垂直的主軸 , 沿主軸方向只有線應(yīng)變而沒(méi)有剪應(yīng)變。 在三個(gè)主軸不等時(shí) , 分別叫最大應(yīng)變軸 , 最小應(yīng)變軸和中間應(yīng)變軸 . 4. 應(yīng)變橢球體 : 分別以 X, Y, Z (或 A, B, C) 來(lái)表示應(yīng)變橢球的最大應(yīng)變軸 , 中間應(yīng)變軸 , 最小應(yīng)變軸 , 包含任意兩個(gè)主軸所構(gòu)成的平面叫主平面 . 所以 , 應(yīng)變橢球體具有 XY, YZ, XZ ( 或 AB, BC, AC) 主軸構(gòu)成的三個(gè)主平面 . 4. 應(yīng)變橢球體 : 應(yīng)變橢球體的三個(gè)主軸方向與地質(zhì)構(gòu)造的空間方位有關(guān)： 垂直最小應(yīng)變軸 Z軸的主平面 (XY面 , 或 AB面 )是壓扁變形面 , 它代表了褶皺構(gòu)造的軸面 , 片理面等面狀地質(zhì)構(gòu)造的方位 . 平行最小應(yīng)變軸 Z軸的方向是最大壓縮方向 . 垂直最大應(yīng)變軸 X軸的主平面 (YZ面 , 或 BC面 )是拉伸變形面 , 它代表了張節(jié)理等面狀地質(zhì)構(gòu)造的的方位 . 平行最大應(yīng)變軸 X軸的方向是最大拉伸方向 , 它常常反映在礦物的拉伸定向排列上 . B Y Z X 4. 應(yīng)變橢球體 : 應(yīng)變橢球體形態(tài)及其幾何表示法 : 不同的變形條件形成的應(yīng)變橢球體的形態(tài)不同 , 各種應(yīng)變橢球體的形態(tài)可以用不同的圖解法來(lái)表示 , 常用的是弗林圖解 (Flinn diagram) , 這是用應(yīng)變主軸長(zhǎng)度比 a 和 b 值作坐標(biāo)軸的二維圖解 , 其中 : a = X/Y b = Y/Z 圖中的坐標(biāo)原點(diǎn)為 (1 , 1), 任一種形態(tài)的橢球都可以在弗林圖上表示為一點(diǎn) , 如圖中的 P點(diǎn) , 該點(diǎn)的位置就反映了應(yīng)變橢球體的形態(tài)和應(yīng)變強(qiáng)度 , 應(yīng)變橢球體的形態(tài)由參數(shù)值 k來(lái)表示 : k=tga=(a1)/(b1) k值相當(dāng)于 P點(diǎn)與原點(diǎn) (1 , 1) 連線的斜率 應(yīng)變橢球體形態(tài)的幾何表示法 —— 弗林（ Flinn） 圖解 a =x/y=(1+e1)/(1+e2) b=y/z =(1+e2)/(1+e3) K=(a1)/(b1) K=? (1+e1)(1+e2)= (1+e3) —— 軸對(duì)稱伸長(zhǎng)橢球體 K=0 (1+e1)=(1+e2) (1+e3) —— 軸對(duì)稱壓扁橢球體 K=1 e2= 0 —— 平面應(yīng)變橢球體 1k∞ (1+e1) 1 ( 1+e2) ( 1+e3) —— 長(zhǎng)形橢球體 1k0 (1+e1)(1+e2)1 (1+e3) —— 扁形橢球體 a b ， 1k0 1k∞ 根據(jù)應(yīng)變橢球體應(yīng)變主方向質(zhì)點(diǎn)線與變形前相應(yīng)質(zhì)點(diǎn)線之間的不同關(guān)系 , 平面應(yīng)變可分為 純剪應(yīng)變 和 單剪應(yīng)變 。 純剪應(yīng)變 : 是一種均勻變形 , 應(yīng)變橢球體中兩個(gè)主軸 X Z軸的質(zhì)點(diǎn)線在變形前后具有同一方位 , 也就是說(shuō) , 在變形過(guò)程中 , 應(yīng)變主方向的質(zhì)點(diǎn)線沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn) , 所以 , 純剪應(yīng)變又稱 無(wú)旋轉(zhuǎn)應(yīng)變 . 單剪應(yīng)變 : 是一種恒體積均勻變形 , 應(yīng)變橢球體中的兩個(gè)主軸 X Z 軸的質(zhì)點(diǎn)線方位 , 在變形前后是不同的 , 也就是說(shuō) , 變形過(guò)程中 , 沿應(yīng)變主方向的質(zhì)點(diǎn)線發(fā)生了旋轉(zhuǎn) , 因此 , 單剪應(yīng)變又稱為 旋轉(zhuǎn)應(yīng)變 。 （三） 巖石變形的階段 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 等三個(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)度的。由于巖石力學(xué)性質(zhì)不同 , 不同巖石