构造地质学课件 第二篇成因构造地质学破裂理论概述及其对岩石变形的意义.ppt

《构造地质学课件 第二篇成因构造地质学破裂理论概述及其对岩石变形的意义.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六节破裂理论概述及其对岩石变形的意义材料破裂是有规律的，对此的研究而产生种种理论。一、最大张应力理论当外力足够大时，材料沿着最大张应力面破裂。当张应力达到或超过岩石的抗张强度时，岩石将沿着最大张应力作用的截面，即垂直于最大张应力轴的截面发生破裂，形成张裂面。（同一岩石抗张强度最小，）。常温常压下各类岩石的强度极限（单位MPa）岩石抗压强度抗剪强度抗张强度花岗岩150（37--379）20（15--30）5--7砂岩75（11--252）10（5--15）1--3石灰岩96（6--360）17（10--20）3--6大理岩100（31-

2、-262）8（5--20）3--9玄武岩250（150--350）15（10--20）--页岩50（20--80）2（1.7--3.3）--条件：最大张应力（σ3）≥材料强度极限（σ0），[则必须σ3≥σ0]。即σ1=σ2=0，σ3为张应力，符合此理论，这个理论适宜围压小或浅表环境下的单向拉伸的脆性破坏，如对张节理和部分正断层的形成的力学解释，但不能解释没有张应力作用下的材料破坏。二、最大线应变理论当外力足够大时，材料沿垂直于最大线应变（ε3）方向破裂。条件：若最大伸长线应变（ε3）≥材料线应变极限（ε0）[即ε3≥ε0]当σ2=σ3=

3、0，σ1为压应力（或有一定固压条件下），符合此理论。最大线应变理论——材料的破坏与线应变有关，即沿垂直于最大伸长应变方向的截面上发生张破裂。不论在何种应力状态下，只要材料内一点的最大伸长应变达到了材料承受伸长应变的极限值就会出现张破裂。这个理论是对在没有张应力直接作用的情况下单向挤压或具有一定围压的受力条件下张裂形成的解释；如香肠构造。三、库伦-莫尔理论当外力达到材料的强度极限时，材料沿着最大剪应力面发生剪切破裂。据此，剪切破裂仅与剪切面上的最大剪应力有关，而与其上的正应力无关。因此，一对剪面夹角为90°，但实际情况是作用在剪切面上的正

4、应力仍对剪切滑动起一定的作用，从而使一对剪面的夹角并非90°，一般小于90°；剪裂角=两组剪面的夹角（含σ1之象限）。岩石1/2剪裂角花岗闪长岩15°～20°砂岩20°～30°灰岩28°～33°黄土34°～40°内摩擦力—物体在剪破裂时所需克服的剪面上的正应力。不同岩石内摩擦角不同：脆性岩石—内摩擦角大；韧性岩石—内摩擦角小。剪切破裂，不仅与剪面上的剪应力大小有关，还与正应力有关；剪应力：岩石剪破裂时需克服内摩擦力，因此剪破裂时的剪应力大于材料的抗剪强度，应力状态为：（此为一直线方程，μ为斜率）τ0为（正应力σn=0时）材料的抗剪能力，

5、μ为内摩擦系数。图中P点表示剪面上剪应力和正应力之大小。过P点上切线延长后必与σn相交，交角为φ。μ=tgφ，因此，上式可写成：，φ为内磨擦角。σn此即库伦剪切破裂准则关系式上图可知，1、P点剪应力值不是最大，即不是(σ1-σ3)/2，而是小于(σ1-σ3)/2，；2、当φ值不变时剪裂角都相同。其包络线为直线，在坐标平面内所显示的直线为两条，这就是库伦破裂准则；3、因μ随σn的增大而减小，故包络线呈曲线，这就是莫尔破裂准则；4、与应力圆和包络线相切点对应的面均处于临界状态，即在包络线上和线外的点的应力条件下物体就产生破裂，在线内的点就不

6、产生破裂。围压影响：砂岩随围压增大，形成破裂所需剪应力迅速增大，φ值和剪裂角基本保持不变（如a图）。页岩随围压增大，形成破裂所需剪应力增加很小，φ值逐渐减小，形成一弧形曲线，剪裂角加大（如b图）。四、格里菲斯理论材料的实际破裂强度远远小于理论计算值。只需要由原子和原子结合力计算出来的理想的材料强度100分之一~1000分之一的力，材料就可以破坏。其原因是因为材料组分的不均匀。无论是金属材料也好玻璃也好，其中都有眼睛看不见的原先存在许多微裂隙，这些微裂隙作为新的自由表面，犹如液体一样，具有表面张力，同时，微裂隙释放出来的应变能的一部分又可

7、转化为表面张力。因此，微裂隙末端应力集中，很快达到该点的抗张强度而使裂隙发生扩展、延长，最后导致材料的破坏。第六章影响岩石力学性质及岩石变形的因素岩石变形不仅与受力大小、方向、性质有关，而且与岩石本身力学性质有关。而岩石的力学性质主要取决于岩石的成份、结构、构造等内在因素，同时外界因素也影响岩石的力学性质，如围压、温度、溶液、孔隙压力、时间及岩石变形的应力状态等。一、围压岩石处于地下深处，承受着周围岩体对它的围压。深度越大，围压越大，结果：岩石韧性增强、强度极限增大、弹性极限增大；罗伯逊（E.Roberson）对石灰岩所做实验表明：地表

8、条件下，围压1kg/cm2，当压应力为0～2800kg/cm2，灰岩为弹性，超过则破裂。围压300～700kg/cm2时，亦为弹性和很短的塑性阶段，当压应力在3500～3800kg/cm2时，则破裂。当围压