【文章內容簡介】 局部構造應力場 構造應力場的 規(guī)模 分類 區(qū)域構造應力場 全球構造應力場 古構造應力場 —— 第三紀以前的構造應力場 構造應力場的 時間 分類 新構造應力場 —— 第三紀以后的構造應力場 現(xiàn)代構造應力場 — 現(xiàn)在正作用于地殼的構造應力場 構造地質學主要研究古構造應力場 , 揭示和研究一定范圍內地殼中應力的分布規(guī)律和變化規(guī)律 , 研究應力和構造應力場與地質構造的內在關系 , 研究構造應力場對區(qū)域地殼運動的方式、方向及區(qū)域構造發(fā)育的制約關系。 3. 應力軌跡 : 構造應力場中各點的主應力 (最大主應力 s中間主應力 s最小主應力 s3)或 /和剪應力作用方位的跡線叫 應力軌跡 , 又稱應力跡線或應力網(wǎng)絡。表示某一范圍內的應力軌跡的圖即為 應力軌跡圖 。 邊界條件的概念 : 在材料力學中 , 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、方向、大小稱為邊界條件。 在地殼中 , 巖石中應力的分布狀況是與一定的邊界條件有關 , 當受力巖石的物質組成一定 , 其內的應力分布是受邊界條件控制的 , 邊界條件不同 , 受力巖石內部的應力分布也就不同 , 同樣 , 應力軌跡也就不同。 例如 , 一矩形物體在 單向拉伸 條件下 , 僅有主張應力 s3的軌跡和最大剪應力 tmax軌跡線 。 而在 單向擠壓 的條件下 , 僅有主壓應力 s1和最大剪應力 tmax的軌跡線。 4. 應力集中 : 當物體內部有孔洞 , 缺口或裂隙存在時 , 就會在這些地方產生 局部的應力集中 。 地殼中的巖石中有上述的現(xiàn)象時 , 也會產生應力集中 , 應力集中會 影響構造應力場中的應力分布狀態(tài) . 地球的演化經(jīng)歷了漫長的歷史 , 一個地區(qū)發(fā)生過多期次的構造運動和構造變形 , 在早期構造變形的部位 , 尤其是在 斷裂的端點 , 拐折點 , 分枝點以及兩條或兩條以上的斷裂的交匯處 , 都是后期構造應力場的應力集中部位 有破裂存在的巖石再次受力后 , 其應力集中 與受力條件有密切關系 , 例如 , 張應力作用方向與先存破裂面垂直 , 則在破裂面兩端產生應力集中區(qū) 。 當壓應力作用方向與先存破裂面垂直時 , 則不出現(xiàn)應力集中區(qū) . 此外 , 應力集中還 與巖石的力學性質有關 , 當巖石呈韌性時 , 雖然巖石中有斷裂存在 , 后期構造應力場不會產生應力集中 。 而巖石呈脆性狀態(tài)時 , 后期構造應力場則在斷裂處容易產生應力集中 . 應力集中現(xiàn)象 第三章 地質構造分析的力學基礎 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 , 其內部各質點之間的相互位置發(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 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 旋轉 : 物體變形的基本力學方式 有五種 : 拉伸、擠壓、剪切、彎曲、扭轉 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 : 巖石的各個部分的變形性質、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 : 巖石的各個部分的變形性質、方向和大小發(fā)生變化的變形。 例如 , 彎曲和扭轉就是非均勻變形 , 構造地質學主要研究的多是這類變形 , 但在具體研究時 , 多把整體的非均勻變形分解成局部的均勻變形來討論分析 , 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） 應變 1. 應變的概念 : 變形物體內部質點之間相對位移的程度 , 是物體變形程度的量度。 2. 線應變 : 物體內某方向上 單位長度的改變量叫線應變 一桿件受縱向拉伸變形 , 設桿件原長為l0, 拉伸變形后的長度為 l, 那么 , 桿件 絕對伸長為 : △ l=l－ l0 縱向線應變定義為 : e =(l－ l0)/ l0 即 e = △ l / l0 實驗證明 , 桿件拉伸變形 , 不但有縱向伸長變形 , 同時還有橫向縮短變形。設桿件原厚度為 b0, 變形縮短后的長度為 b, 那么 , 其 橫向線應變 為 : e0 =(b－ b0)/ b0 e0 = △ b /b0 在彈性變形范圍內 , 一種材料的橫向線應變與縱向線應變之比的絕對值為一常數(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 線應變的其它表示方法 : 直線的 長度比 (S): 是指線段變形后長度與變形前長度之比 : S=l / l0 = 1+ e 線段的 平方長度比 : l =(l / l0 )2=(1+ e) 2 據(jù)上兩式有 : S=1+ e =√l 3. 剪應變 : 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 角剪應變 , 它的正切函數(shù)稱為 剪應變 , 其數(shù)學表達式為 : g=tgy 在小應變的情況下 , 剪應變 g近似等于角剪應變 y, 因此 , 剪應變也可用角的弧度來表示。但在大應變的情況下 , 二者不可混用。 4. 應變橢球體 : 巖石發(fā)生變形時 , 其內部質點的相對位置將發(fā)生變化。設想在變形前巖石中有一個半徑為 1 的單位球體 , 變形后成為一橢球體。這一個橢球的形態(tài)和方位表示了巖石的應變狀態(tài) , 稱為 應變橢球體 . 應變橢球有三個互相垂直的主軸 , 沿主軸方向只有線應變而沒有剪應變。 在三個主軸不等時 , 分別叫最大應變軸 , 最小應變軸和中間應變軸 . 4. 應變橢球體 : 分別以 X, Y, Z (或 A, B, C) 來表示應變橢球的最大應變軸 , 中間應變軸 , 最小應變軸 , 包含任意兩個主軸所構成的平面叫主平面 . 所以 , 應變橢球體具有 XY, YZ, XZ ( 或 AB, BC, AC) 主軸構成的三個主平面 . 4. 應變橢球體 : 應變橢球體的三個主軸方向與地質構造的空間方位有關： 垂直最小應變軸 Z軸的主平面 (XY面 , 或 AB面 )是壓扁變形面 , 它代表了褶皺構造的軸面 , 片理面等面狀地質構造的方位 . 平行最小應變軸 Z軸的方向是最大壓縮方向 . 垂直最大應變軸 X軸的主平面 (YZ面 , 或 BC面 )是拉伸變形面 , 它代表了張節(jié)理等面狀地質構造的的方位 . 平行最大應變軸 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. 應變橢球體 : 應變橢球體形態(tài)及其幾何表示法 : 不同的變形條件形成的應變橢球體的形態(tài)不同 , 各種應變橢球體的形態(tài)可以用不同的圖解法來表示 , 常用的是弗林圖解 (Flinn diagram) , 這是用應變主軸長度比 a 和 b 值作坐標軸的二維圖解 , 其中 : a = X/Y b = Y/Z 圖中的坐標原點為 (1 , 1), 任一種形態(tài)的橢球都可以在弗林圖上表示為一點 , 如圖中的 P點 , 該點的位置就反映了應變橢球體的形態(tài)和應變強度 , 應變橢球體的形態(tài)由參數(shù)值 k來表示 : k=tga=(a1)/(b1) k值相當于 P點與原點 (1 , 1) 連線的斜率 應變橢球體形態(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) —— 軸對稱伸長橢球體 K=0 (1+e1)=(1+e2) (1+e3) —— 軸對稱壓扁橢球體 K=1 e2= 0 —— 平面應變橢球體 1k∞ (1+e1) 1 ( 1+e2) ( 1+e3) —— 長形橢球體 1k0 (1+e1)(1+e2)1 (1+e3) —— 扁形橢球體 a b ， 1k0 1k∞ 根據(jù)應變橢球體應變主方向質點線與變形前相應質點線之間的不同關系 , 平面應變可分為 純剪應變 和 單剪應變 。 純剪應變 : 是一種均勻變形 , 應變橢球體中兩個主軸 X Z軸的質點線在變形前后具有同一方位 , 也就是說 , 在變形過程中 , 應變主方向的質點線沒有發(fā)生旋轉 , 所以 , 純剪應變又稱 無旋轉應變 . 單剪應變 : 是一種恒體積均勻變形 , 應變橢球體中的兩個主軸 X Z 軸的質點線方位 , 在變形前后是不同的 , 也就是說 , 變形過程中 , 沿應變主方向的質點線發(fā)生了旋轉 , 因此 , 單剪應變又稱為 旋轉應變 。 （三） 巖石變形的階段 有關巖石在應力作用下的變形行為的多數(shù)資料是通過巖石變形實驗得來的 , 巖石在外力的作用下 , 一般都會經(jīng)歷 彈性變形、塑性變形、斷裂變形 等三個階段。這三個階段依次發(fā)生 , 但不是截然分開的 , 而是彼此過度的。由于巖石力學性質不同 , 不同巖石