應(yīng)力應(yīng)變基礎(chǔ)及巖石力學(xué)性質(zhì)

1、2 應(yīng)力分析基礎(chǔ)2 Fundamental of stress analysisStructural Geology1 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)所研究的地質(zhì)構(gòu)造是組成地殼或巖石圈的巖層和巖體，在其自身重力作用配合下，由地殼運(yùn)動所引起的應(yīng)力作用發(fā)生的永久變形的結(jié)果。在力的作用下，巖石內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生位移而引起變形。因此，有必要對地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的力學(xué)概念進(jìn)行分析，為探討各種地質(zhì)構(gòu)造的基本形態(tài)、組合型式、分布規(guī)律的力學(xué)成因機(jī)制奠定基礎(chǔ)。2 應(yīng)力分析基礎(chǔ)2（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 力（Force）力是物體相互間的一種機(jī)械作用，它趨向于引起物體的形狀、大小或運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變。Force is a

2、kind of mechanical action between different objects, it tends to change the shape, volume or movement state of the object with a force upon it.3（1）力和應(yīng)力（Force and Stress）（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 力（Force）力是一個矢量，有大小、方向?？梢杂眉^來表示，力的大小用箭頭的長度表示，力的方向用箭頭的方向表示。Force is a vector quantity, and thus possesses b

3、oth magnitude and direction; it can be represented by an arrow whose length specifies the magnitude and whose orientation specifies the orientation of the force.4力的合成和分解Resultant and resolution of forcesF1F2FF1F2FAB（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 力（Force）A Force F resolved into two components F1 and F2B T

4、wo forces F1 and F2 represented by the resultant F5 外力和內(nèi)力（External force and internal force）（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 力（Force） 外力：外界作用于某一物體之上的力。 面力（Surface force）：通過某一界面的作用力，屬于接觸力 （Contact force）； 體力（Body force）：作用于物體內(nèi)所有質(zhì)點的力，屬于非接觸力（Non-contact force）。 內(nèi)力：物體內(nèi)部質(zhì)點間的作用力。 固有內(nèi)力（Natural internal force）：沒有外

5、力作用時物體內(nèi)質(zhì)點間的相互作用力，它保持物體的形狀和狀態(tài)； 附加內(nèi)力（Extraneous internal force）：由外力作用引起的內(nèi)部各部分之間的相互作用力，通常稱內(nèi)力。6 外力和內(nèi)力（External force and internal force）（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 力（Force）不均勻力Non-uniform forces均勻力Uniform forces研究對象和范圍不同，內(nèi)力和外力之間可以相互轉(zhuǎn)化7（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 應(yīng)力（Stress）假想面（Imaginary plane）均勻內(nèi)力（Uniform In

6、ternal Forces ）=N/A=F/AA應(yīng)力為作用在巖石內(nèi)部任一截面上的單位面積上的內(nèi)力。Stress is the internal forces acting on unit area of the given plane within the considering body.8（1）力和應(yīng)力（Force and Stress）n界面n上m點處的應(yīng)力為不均勻內(nèi)力（Non-uniform Internal Forces ） 應(yīng)力（Stress）9（1）力和應(yīng)力（Force and Stress）應(yīng)力的單位（Units of Stress）Stress = Force / Area1

7、 pascal = 1 newton per square meter應(yīng)力=力/面積帕斯卡 = 牛頓 / 平方米常用的單位還有兆帕（Mpa）、巴（Bar）、大氣壓（atm）等。應(yīng)力是一個張量，不僅有大小和方向，而且與所選的坐標(biāo)系相關(guān)，是某點或面上所有方向的應(yīng)力的集合。Tips：表示物體性質(zhì)的量有三類：標(biāo)量（Scalar）、矢量（Vector）和張量（Tensor） 應(yīng)力（Stress）10Stress acting at a point m on a plane n is a vector, it can be resolved into two components and , is nor

8、mal to the plane, called normal stress, is tangential to the plane, called shear stress.正應(yīng)力和剪應(yīng)力（Normal stress and shear stress）（1）力和應(yīng)力（Force and Stress）截面n上點m處的應(yīng)力分解后，垂直于截面n的分量稱過m點n截面上的正應(yīng)力，用表示 ，相切于截面n的分量稱過m點n截面上的剪應(yīng)力，用 表示。 應(yīng)力（Stress）11斷層面（A）和撓褶滑動褶皺層面（B）上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力Normal and shear stresses at a fault pla

9、ne (A) and a bedding plane during flexural slip folding (B)正應(yīng)力和剪應(yīng)力（Normal stress and shear stress）（1）力和應(yīng)力（Force and Stress） 應(yīng)力（Stress）12正應(yīng)力和剪應(yīng)力（Normal stress and shear stress）（1）力和應(yīng)力（Force and Stress）壓應(yīng)力為正逆時針的剪應(yīng)力為正張應(yīng)力為負(fù)順時針的剪應(yīng)力為負(fù) 應(yīng)力（Stress）13（2）應(yīng)力場（Stress field）受力物體內(nèi)的每一點都存在與之對應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)。物體內(nèi)各點的應(yīng)力狀態(tài)在物體占據(jù)的空

10、間內(nèi)組成的總體稱為應(yīng)力場。To every point in any rock body there corresponds a state of stress, and this spatial array of states of stress at an instant is called a stress field.構(gòu)造應(yīng)力場：由構(gòu)造作用引起的應(yīng)力場；地應(yīng)力：地殼巖石中存在的應(yīng)力，如重力應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力、地形應(yīng)力、負(fù)載應(yīng)力等；古應(yīng)力場：在地史時期作用的應(yīng)力場，決定現(xiàn)存構(gòu)造的形態(tài)、組合、分布；現(xiàn)今應(yīng)力場：現(xiàn)今作用的應(yīng)力場，現(xiàn)代地震預(yù)報、防震、抗震的主要依據(jù)。14（2）應(yīng)力場（Stress

11、 field）應(yīng)力場研究方法（Research methods of stress field）：古構(gòu)造應(yīng)力場 節(jié)理統(tǒng)計方法（Statistics of joints） 位錯密度（Dislocation density） 亞顆粒粒徑（Sub-grain diameter） X射線法（X-ray method） 礦物光性法（Optical property of minerals）現(xiàn)今應(yīng)力場 應(yīng)力解除法 （stress relaxation method） 水壓致裂法 （hydraulic fracturing） 震源機(jī)制解法 （focal mechanism solution）15模擬技術(shù)（S

12、imulation technique）數(shù)學(xué)模擬法（matematical simulation）：有限元法（finite element method）（Common software：Ansys and Matlab ）物理模擬法（physical modeling）：光彈性法（Photoelasticity）（2）應(yīng)力場（Stress field）應(yīng)力場研究方法：（據(jù)許才軍，2002）16（2）應(yīng)力場（Stress field）應(yīng)力場圖示方法（Diagram of stress field）：主應(yīng)力跡線圖（principal stress trajectory diagram）：表示應(yīng)力

13、主方向在場內(nèi)的變化規(guī)律。主應(yīng)力跡線上任一點的切線方向，代表該點的一個主應(yīng)力方向。主應(yīng)力等值線（contour map of principal stress）最大剪應(yīng)力跡線（Greatest shear stress trajectory diagram）最大剪應(yīng)力等值線（ contour map of Greatest shear stress ）As1s2s317 構(gòu)造地震巖石脆性斷裂 地震預(yù)報的基本任務(wù)之一是確定地殼中應(yīng)力集中的區(qū)域 微裂隙處、斷層端點、拐點、交叉點較容易造成應(yīng)力集中應(yīng)力擾動（Stress disturbance）（2）應(yīng)力場（Stress field）不考慮體力作用，在

14、均勻的面力作用下，由于巖塊或地塊內(nèi)部的局部不均勻性和不連續(xù)性等造成應(yīng)力場的局部變化稱應(yīng)力擾動。斷裂尖端圓孔附近183 應(yīng)變分析基礎(chǔ)3 Fundamental of strain analysisStructural Geology19 位移和變形（Displacement and deformation）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ)位移指質(zhì)點從一點到另一點的變化。In physical, displacement is the difference between the initial position and the final position of an object.當(dāng)?shù)貧ぶ袔r石體受到應(yīng)力作用后

15、，其內(nèi)部各質(zhì)點經(jīng)受了一系列的位移，從而使巖石體的初始形狀、方位或位置發(fā)生了改變，這種改變稱為變形。Deformation is the process by which the particles in the rock rearrange themselves from some initial position to the final position that we see today.20 剛性體變形（Rigid body deformation）:物體原始形狀和大小不變（The original size and shape of a body are preserved）。 平移

16、（Translation）：位置的變化，物體不發(fā)生轉(zhuǎn)動和變形（Difference in position, and the movement of a body without rotation or distortion）； 位移和變形（Displacement and deformation）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ)位移矢量 轉(zhuǎn)動（Rotation）：方位的變化，物體繞一個軸旋轉(zhuǎn)（Difference in orientation, and Rigid body spin about one or more axes）;21 非剛性體變形（Non-rigid body deformation）

17、形變（Distortion）：形狀的變化（Difference in shape）; 體變（Dilation）：體積的變化（Difference in volume）。 位移和變形（Displacement and deformation）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ)22 形變（Distortion）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 均勻形變（Homogeneous distortion）：物體每個質(zhì)點變形方式相同（Each particle of material is distorted in the same way） 直線仍是直線（Straight lines remain straight）平行線仍然平行（Pa

18、rallel lines remain parallel）圓形變?yōu)闄E圓形（Circles become ellipses）球體變?yōu)闄E球體（Spheres become ellipsoids）任一個小單元體的應(yīng)變狀態(tài)可代表整個物體的應(yīng)變狀態(tài)。233 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 非均勻形變（Heterogeneous strain）:物體質(zhì)點的變形方式不同。 連續(xù)應(yīng)變（continuous strain）：物體內(nèi)從一點到另一點的應(yīng)變狀態(tài)是逐漸改變的，沒有突然的變化（Strain properties vary smoothly throughout the body with no abrupt changes

19、） 非連續(xù)應(yīng)變（discontinuous strain）：物體內(nèi)從一點到另一點的應(yīng)變狀態(tài)是不連續(xù)的（Abrupt changes at surfaces or breaks in the rock）。 形變（Distortion）243 應(yīng)變分析基礎(chǔ)均勻應(yīng)變區(qū)（H）和非均勻應(yīng)變區(qū)（I）Domain of Homogeneous (H) and Inhomogeneous (I) Strain 形變（Distortion）25 應(yīng)變的度量（Measurement of strain）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 線應(yīng)變（linear strain） 剪應(yīng)變（shear strain） 體應(yīng)變（volume

20、 strain）應(yīng)變是度量質(zhì)點之間的相對位移程度的單位，適用于描述非剛性體變形的變形程度。26 應(yīng)變的度量（Measurement of strain）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 線應(yīng)變（Linear strain）伸長度（Extension）：指線段伸長量與原長之比或指變形前后單位長度的改變量。（The change in unit length of the line）e=(l1-l0)/ l0= l/ l0e 伸長度；l1 變形后長度；l0 變形后長度；l 伸長量。物體內(nèi)部一點，在一定方向上的相鄰質(zhì)點排列成質(zhì)線，質(zhì)線上的相鄰質(zhì)點沿質(zhì)線方向的位移，造成線變形。對線變形的度量稱線應(yīng)變。指變形前后物體中

21、線段長度的改變量。l0l1l27 應(yīng)變的度量（Measurement of strain）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 線應(yīng)變（Linear strain）長度比（Stretch）：指線段變形后長度與變形前長度之比（Final length divided by original length）。S=l1/l0=1+ee 伸長度；l1 變形后長度；l0 變形后長度。平方長度比（Quadratic elongation）：長度比的平方。 = （l1/l0）2 =（1+e）2e 伸長度；l1 變形后長度；l0 變形后長度。28 應(yīng)變的度量（Measurement of strain）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 線應(yīng)變（

22、Linear strain）自然應(yīng)變（Natrual strain）： 將整個變形過程中的每一瞬時長度改變dl與前一瞬時線段的長度l相比，即得到自然應(yīng)變增量：d=dl/l式中l(wèi)為變量；d與dl均為無窮小量。 將所有這些自然應(yīng)變增量加起來，得到整個變形過程中總的自然應(yīng)變，即 =l0l1dl/l=lnl1/l0=ln(1+e)29 應(yīng)變的度量（Measurement of strain）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 剪應(yīng)變（Shear strain）物體變形過程中，除了質(zhì)線上質(zhì)點之間相對靠近或相對疏遠(yuǎn)外，一點附近不同方向質(zhì)線之間的夾角也可能發(fā)生改變，稱作角變形。一般只考慮初始互相垂直正交的質(zhì)線間的角度變化，稱

23、為剪變角（Angular shear）。剪變角的正切或正弦成為剪應(yīng)變（Shear strain）。 變形較大時（shear strain for large deformation） =tan 或 =sin 式中為剪應(yīng)變，為剪變角。 變形較小時（shear strain for small deformation） =tan sin 。30 應(yīng)變的度量（Measurement of strain）3 應(yīng)變分析基礎(chǔ) 體應(yīng)變（Volume strain）體應(yīng)變指體積變化量與初始體積的比值。均勻變形體： =（V1-V0）/V0 =V/V0 為體應(yīng)變，V0為初始體積， V1為變形后體積, V為體積變化

24、量。非均勻變形體： V1和V0的測量局限于一點鄰域。在構(gòu)造變形中，如果體積保持不變，則稱為等體積變形過程，=0。V1V0314 巖石力學(xué)性質(zhì)4 Rock mechanical property（Rheology）Structural Geology324 巖石力學(xué)性質(zhì)（1）基本概念（2）巖石變形的階段性（3）影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素（4）巖石的能干性（5）巖石變形的微觀機(jī)制334 巖石力學(xué)性質(zhì) 基本概念（Basic conceptions） 巖石力學(xué)實驗簡介 實驗裝置主要為可控制溫度和圍壓的三軸壓力機(jī)，圓柱狀試樣受到軸向壓力或拉力及周圍流體或固體介質(zhì)施加的圍壓。 軸向應(yīng)力與圍壓之差叫差應(yīng)力（ 1

25、 3 ）。 多數(shù)實驗機(jī)在1000MPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行操作，溫度可達(dá)800以上。34 泊松比（Poissons Ratio）實驗證明，對同一均質(zhì)的巖石試件來說，在單純地壓縮或拉伸中，不僅沿受力方向會有縱向線應(yīng)變，而且在與受力的垂直方向上也會有橫向線應(yīng)變。當(dāng)巖石縱向被壓縮，則橫向就會出現(xiàn)拉伸，當(dāng)巖石縱向被拉伸，則橫向又會出現(xiàn)壓縮。在彈性變形范圍內(nèi)，橫向線應(yīng)變（伸長度）和縱向線應(yīng)變（伸長度）的比值是個常數(shù)，該常數(shù)為巖石的泊松比（）。巖石的這種性質(zhì)成為泊松效應(yīng)（Poissons effect）。4 巖石力學(xué)性質(zhì) 基本概念（Basic conception）橫=縱式中，“”表示橫向線應(yīng)變與縱向線應(yīng)變的

26、方向相反35 泊松比（Poissons Ratio）4 巖石力學(xué)性質(zhì) 基本概念（Basic conception）每種巖石都有自己的泊松比，其值一般不超過0.5。364 巖石力學(xué)性質(zhì) 粘性（Viscosity）流體內(nèi)部各流層之間發(fā)生相對滑動時，層面之間存在的內(nèi)摩擦效應(yīng)。 基本概念（Basic conception） 粘度（Viscosity）粘性的大小用粘度表示在韌性變形過程中，剪應(yīng)力與速度梯度成正比，與剪應(yīng)變速率成正比374 巖石力學(xué)性質(zhì) 巖石變形的階段性（Episodes of rock deformation） 彈性變形（Elasticity）該階段，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系圖上為一段較陡的直線，

27、說明應(yīng)力與應(yīng)變成正比。如果此時撤除應(yīng)力，則巖石將立刻恢復(fù)原狀。這種變形稱彈性變形（Elasticity）。ABCD384 巖石力學(xué)性質(zhì) 巖石變形的階段性（Episodes of rock deformation） 彈性變形（Elasticity）巖石發(fā)生彈性變形的原因：從巖石本身性質(zhì)來講，當(dāng)巖石沒有受力變形之前，巖石各個質(zhì)點都處于平衡狀態(tài)。當(dāng)巖石受力變形之后，就打破了巖石內(nèi)部各個質(zhì)點的原來平衡狀態(tài)，各個質(zhì)點發(fā)生了位移，吸收了一定量的位能，達(dá)到新的平衡。在短期內(nèi)去掉外力作用后，巖石內(nèi)部各個質(zhì)點，又會在其吸收的位能作用下恢復(fù)到原來的位置，因而產(chǎn)生了彈性變形。394 巖石力學(xué)性質(zhì) 巖石變形的階段性（

28、Episodes of rock deformation） 塑性變形（Plasticity） 隨著變形的繼續(xù)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率變小，這時如果撤去應(yīng)力，曲線并不回到原點，而與e軸交于e1，試樣由于超過彈性極限而永久變形，這個極限點的應(yīng)力叫屈服應(yīng)力y（Yield stress）。ABCD 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過屈服點后造成巖石永久應(yīng)變的變形叫塑性變形（Plasticity）。40在屈服應(yīng)力作用下，巖石以韌性方式連續(xù)地變形，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率為零，這種巖石稱為完全塑性材料（Perfect plastic）。在中、低溫條件下，多數(shù)巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有一個小的正斜率，如果想繼續(xù)進(jìn)行塑性變形，必須使應(yīng)

29、力增加到大于初始的屈服應(yīng)力，稱為應(yīng)變硬化（Strain hardening）。4 巖石力學(xué)性質(zhì) 巖石變形的階段性（Episodes of rock deformation） 塑性變形（Plasticity）41 巖石變形的階段性（Episodes of rock deformation） 斷裂變形（Fracture）ABCD 當(dāng)應(yīng)力超過一定值時，巖石就會以某種方式而破壞，發(fā)生斷裂變形，這個應(yīng)力值稱為巖石的極限強(qiáng)度（Limit strength）。常溫常壓下一些巖石的強(qiáng)度極限表4 巖石力學(xué)性質(zhì)424 巖石力學(xué)性質(zhì) 巖石變形的階段性（Episodes of rock deformation） 在斷

30、裂前的塑性變形的應(yīng)變量小于5%的材料，稱為脆性材料（Brittle material）； 在斷裂前的塑性變形的應(yīng)變量超過10%的材料稱為韌性材料（Ductile material ）。 斷裂變形43 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4 巖石力學(xué)性質(zhì) 各向異性（物質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)構(gòu)造） 圍壓 溫度 孔隙流體 時間44 面構(gòu)造對巖石抗壓強(qiáng)度存在很大影響 層理、面理、破裂面、先存軟弱面 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4 巖石力學(xué)性質(zhì) 各向異性（Anisotropy） 抗壓強(qiáng)度與1與先存面理之間夾角的實驗關(guān)系曲線，反映當(dāng) 接近30時，巖石的抗壓強(qiáng)度最低45 圍壓增大，巖石強(qiáng)度極限得到提高，韌性增強(qiáng) 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4

31、 巖石力學(xué)性質(zhì)圍壓（Peripheral pressure）46 溫度升高，使巖石屈服極限降低，韌性增大。 溫壓關(guān)系密切 巖石圈環(huán)境中，溫度和壓力隨著深度的增加而升高 脆性-韌性轉(zhuǎn)換所需的圍壓與溫度成反比 地殼中脆韌性轉(zhuǎn)換帶深度在擠壓環(huán)境中位于3.5公里，在拉伸環(huán)境中深達(dá)公里 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4 巖石力學(xué)性質(zhì) 溫度（Temperature）47 巖石中的流體有利于物質(zhì)遷移，促進(jìn)壓溶、重結(jié)晶（塑性變形）作用進(jìn)行，降低巖石強(qiáng)度 當(dāng)孔隙流體壓力大到幾乎等于圍壓時，可以使巖石產(chǎn)生浮起效應(yīng) 孔隙流體壓力可抵消一部分圍壓，減小有效圍壓，從而降低巖石強(qiáng)度，易于脆性破壞發(fā)生 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4 巖

32、石力學(xué)性質(zhì) 孔隙流體（Pore fluid）48 應(yīng)變速率應(yīng)變速率大（快速施力），易于脆性變形應(yīng)變速率?。ň徛┝Γ谒苄宰冃?。小應(yīng)變速率降低巖石屈服極限，使脆性材料具有韌性特征。 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4 巖石力學(xué)性質(zhì) 時間（Time）49 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素4 巖石力學(xué)性質(zhì) 時間（Time）蠕變（Creep）：在恒定應(yīng)力作用下，應(yīng)變隨時間持續(xù)增長的變形松弛（Relaxation）：在恒定變形情況下，巖石中的應(yīng)力可以隨時間不斷減小彈性蠕變穩(wěn)態(tài)蠕變加速蠕變A-B：應(yīng)力迅速減小.B-C：應(yīng)力緩慢減小，50 “能干性”易于發(fā)生粘性流動的程度某種程度上，可以用巖石的粘度比表示巖石能干性的差異

33、 “韌性”巖石破壞前的塑性變形量。 巖石的韌性與能干性有聯(lián)系，但不完全等同 巖石能干性取決于：巖石的礦物組成（例如長英質(zhì)礦物與云母類礦物的區(qū)別）粒度巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造（片狀，塊狀） 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì)51 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì)相同變形條件下，相對能干的巖石可以不發(fā)生內(nèi)部變形而脆性斷裂，或彈塑性彎曲而褶皺；相對不能干巖石可以發(fā)生很大的內(nèi)部應(yīng)變來調(diào)節(jié)總體的變形確定能干性差異的地質(zhì)辦法： 有限應(yīng)變狀態(tài)的對比 劈理折射的對比 香腸構(gòu)造的對比 褶皺形態(tài)的對比52 巖石的能干性（ Rock Competence ）4

34、巖石力學(xué)性質(zhì)有限應(yīng)變狀態(tài)的對比 同構(gòu)造部位不同巖石的變形量的對比53 復(fù)成分礫巖中不同礫石的對比 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì)有限應(yīng)變狀態(tài)的對比54 同一薄片中不同礦物變形行為的對比 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì)有限應(yīng)變狀態(tài)的對比55 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì) 劈理折射的對比劈理在兩種不同的巖性界面上發(fā)生折射，在能干性較低的巖層中劈理與層面的夾角小，能干性較高的巖層中劈理與層面的夾角大56 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì) 香腸構(gòu)造的對比香腸構(gòu)

35、造的出現(xiàn)說明構(gòu)造變形時香腸體是較能干的，而基質(zhì)的能干性較低；且在同一種基質(zhì)中不同能干性香腸體的幾何特征不同，矩形石香腸體巖石比相鄰腫縮石香腸體的巖石能干性高57 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì) 香腸構(gòu)造的對比58 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì) 褶皺形態(tài)的對比對同一基質(zhì)中同一厚度的不同巖性的能干層來說，能干性高者具有較大的原始波長，能干性低著具有較小的初始波長；59兩種不同能干性巖層界面往往形成尖-圓褶皺，尖圓褶皺的尖指向能干性高的巖層。 巖石的能干性（ Rock Competence ）4 巖石力學(xué)性質(zhì) 褶皺形態(tài)的對比6

36、0 巖石變形的微觀機(jī)制（ Micromechanism of Rock Deformation ）4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制脆性變形機(jī)制塑性變形機(jī)制微碎裂作用碎裂作用碎裂流動位錯滑動位錯蠕變擴(kuò)散蠕變?nèi)芙馊渥冾w粒邊界滑動61 微碎裂作用是一種實現(xiàn)脆性變形的基本變形機(jī)制。巖石內(nèi)在顯微和超顯微尺度上發(fā)生破碎和碎裂時，微破裂一旦形成，它就成為應(yīng)力集中的場所，而擴(kuò)展連接，成為宏觀破裂，產(chǎn)生碎裂作用和碎裂流。它主要是地殼淺層次的現(xiàn)象，主要與壓力作用有關(guān)。微碎裂作用、碎裂作用和碎裂流Micro-cataclasis，Cataclasis，Cataclastic flow4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀

37、機(jī)制（ Micromechanism of Rock Deformation ） 脆性變形機(jī)制62碎裂作用：微破裂形成后，通過連接、擴(kuò)展、局部密集成帶，使巖石沿斷裂破裂成碎塊，當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增大，碎塊進(jìn)一步破裂和細(xì)?；?，產(chǎn)生高度破碎的碎塊和粉晶集合體，這一過程稱為碎裂作用。碎裂流：當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增大，高度破碎的碎塊和粉精重復(fù)破碎，粒徑不斷減小，相互之間產(chǎn)生摩擦滑動和剛體轉(zhuǎn)動，能承受大的變形和相對運(yùn)動，這種變形過程稱為碎裂流。微碎裂作用、碎裂作用和碎裂流Micro-cataclasis，Cataclasis，Cataclastic flow4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制（ Micromechanis

38、m of Rock Deformation ） 脆性變形機(jī)制63 巖石的塑性變形機(jī)制遠(yuǎn)比脆性變形機(jī)制復(fù)雜 絕大部分塑性變形是通過礦物單晶晶內(nèi)滑動或粒間滑動實現(xiàn)的 塑性變形機(jī)制有多種，包括晶內(nèi)滑動和（低溫）位錯滑動、高溫位錯蠕變、動態(tài)重結(jié)晶和粒間滑動等4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制（ Micromechanism of Rock Deformation ）64晶內(nèi)滑動：在微觀尺度上，沿晶體內(nèi)部一定的滑移系發(fā)生的，即沿某一滑移面的一定方向滑移。晶內(nèi)滑移不僅使晶粒形狀改變而發(fā)生塑性變形，還使結(jié)晶軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，造成晶格優(yōu)選方位。它主要發(fā)生于地殼較深層次，主要與溫度有關(guān)。如果滑移面是石英晶體的（000

39、1）面，則縮短不僅使石英顆粒壓扁，形成形態(tài)優(yōu)選方位，而且使其結(jié)晶軸c軸向縮短方向接近，形成晶格優(yōu)選方位。 晶內(nèi)滑動和位錯滑動Intracrystalline gliding and dislocation gliding4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制 塑性變形機(jī)制65 晶內(nèi)滑動和位錯滑動Intracrystalline gliding and dislocation gliding4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制 塑性變形機(jī)制變形以晶內(nèi)滑動為主66位錯：在超顯微的原子尺度上，在一個晶體的整個滑移面上，并沒有同時發(fā)生滑動，而只在應(yīng)力集中區(qū)首先發(fā)生，然后擴(kuò)張到整個滑移區(qū)，這種現(xiàn)象叫位錯，滑移

40、區(qū)與未滑移區(qū)的界線叫位錯線。4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制 晶內(nèi)滑動和位錯滑動Intracrystalline and dislocation gliding 塑性變形機(jī)制67地毯怎樣移動才省力？ 晶內(nèi)滑動和位錯滑動Intracrystalline and dislocation gliding68 位錯發(fā)育到一定程度，其傳播受阻，形成網(wǎng)絡(luò)和纏結(jié)，需增大應(yīng)力才能繼續(xù)傳播應(yīng)變硬化效應(yīng)，使晶體變脆 位錯受阻的原因：低溫；晶體內(nèi)部的雜質(zhì)；不同方向不同滑移面上的位錯相互制約 當(dāng)應(yīng)力大到一定量，晶體會發(fā)生破碎，因此單純的位錯滑動，不能形成大的塑性變形量4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制 位錯蠕變（Dislocation creep） 塑性變形機(jī)制69 高溫變形機(jī)制 當(dāng) 0.3m時，恢復(fù)作用開始起重要作用4 巖石力學(xué)性質(zhì)巖石變形的微觀機(jī)制 塑性變形機(jī)制 位錯蠕變 位錯攀移使符號相反的位錯互相抵消，“相同者”重新排列成位錯壁，形成亞晶粒（Subgrain）。