第五章岩石力学性

第五章岩石力学性第1页，共78页，2023年，2月20日，星期三复习第2页，共78页，2023年，2月20日，星期三一变形与应变1变形：物体在应力作用下改变体积、形状或发生位移的现象。2应变：物体在应力作用下产生的变形量（体积、形状改变量或位移量）第3页，共78页，2023年，2月20日，星期三二线应变和剪应变1线应变：2剪应变：初始相互垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量称为角剪切应变，其正切值称为剪应变。第4页，共78页，2023年，2月20日，星期三三应变椭球体1定义：设想材料中某点有一圆球，变形后变成一椭球体——应变椭球体，三个直径由长至短分别确定为A、B、C，分别称为最大主应变轴，中间主应变轴，最小主应变轴。包含任意两个主应变轴的平面称为应变主平面或主应变面。第5页，共78页，2023年，2月20日，星期三四岩石变形过程——变形曲线σεABCDE0OB——弹性变形阶段σA：比例极限σB：弹性极限BD——塑性变形阶段σC：屈服极限σD：强度极限或断裂极限DE——断裂变形阶段E点：材料破坏第6页，共78页，2023年，2月20日，星期三五递进变形1定义：在同一动力持续作用下，如果应变状态发生连续的变化，这种变形称为递进变形。即在同一动力持续作用下，所有增量应变逐次叠加。第7页，共78页，2023年，2月20日，星期三第一节几个基本概念1非线性弹性体：应力与应变不满足线性关系的弹性材料2完全塑性材料：在屈服应力作用下，岩石以韧性方式连续地变形，当应力-应变曲线斜率为零时，这种材料称为完全塑性材料3应变硬化：在中低温条件下，岩石的塑性变形在超过屈服极限以后，应力-应变曲线会以小的正斜率缓慢上升，这说明必须增加应力，塑性变形才能继续进行，这种现象称为应变硬化。第8页，共78页，2023年，2月20日，星期三4牛顿粘性定律：也称为线粘性定律。粘性流体的内摩擦阻力与速度梯度成正比，即对一定的粘性流体而言，流动速度梯度越大，其摩擦阻力就越大，即层面之间的剪应力就越大。

τ=η（dů/dy)意义：相同厚度与速度的油比水更快的静止下来5牛顿流体：服从牛顿粘性定律的材料，也称为线粘性流体或纯粘性流体第9页，共78页，2023年，2月20日，星期三6非牛顿流体：发生流动变形时，各点的剪应力与剪应变速率成非线性关系，即

τ=KγmK——流体稠度

m——非牛顿指数第10页，共78页，2023年，2月20日，星期三第11页，共78页，2023年，2月20日，星期三第二节影响岩石力学性质的因素各向异性围压温度孔隙流体时间第12页，共78页，2023年，2月20日，星期三第13页，共78页，2023年，2月20日，星期三第14页，共78页，2023年，2月20日，星期三第15页，共78页，2023年，2月20日，星期三第16页，共78页，2023年，2月20日，星期三地壳浅部，岩石呈脆性，多断裂少褶皱地壳深部，岩石呈韧性，多发育褶皱和韧性剪切带第17页，共78页，2023年，2月20日，星期三第18页，共78页，2023年，2月20日，星期三第19页，共78页，2023年，2月20日，星期三第20页，共78页，2023年，2月20日，星期三第21页，共78页，2023年，2月20日，星期三第22页，共78页，2023年，2月20日，星期三温度影响岩石力学性质的内部原因温度升高，物质内部质点的振动频率加快，振幅加大，化学键力减弱，从而降低强度第23页，共78页，2023年，2月20日，星期三第24页，共78页，2023年，2月20日，星期三第25页，共78页，2023年，2月20日，星期三温度对应力-应变曲线的影响第26页，共78页，2023年，2月20日，星期三温度对花岗岩应力-应变曲线的影响第27页，共78页，2023年，2月20日，星期三温度对石英晶体应力-应变曲线的影响第28页，共78页，2023年，2月20日，星期三第29页，共78页，2023年，2月20日，星期三第30页，共78页，2023年，2月20日，星期三孔隙压力：孔隙中流体的压力porepressure如果不透水层阻挡含水层中的孔隙流体从岩层中自由流走，孔隙压力可以变得很大。有效围压：Pe＝Pc（围压）－Pρ（孔隙压力）孔隙压力增大，岩石的屈服强度降低。第31页，共78页，2023年，2月20日，星期三第32页，共78页，2023年，2月20日，星期三第33页，共78页，2023年，2月20日，星期三饱水岩石变形与深度的关系第34页，共78页，2023年，2月20日，星期三流体对岩石变形行为的影响及其机制1溶解—迁移作用2水解弱化作用3通过流体压力使岩石强度发生变化第35页，共78页，2023年，2月20日，星期三第36页，共78页，2023年，2月20日，星期三第37页，共78页，2023年，2月20日，星期三第38页，共78页，2023年，2月20日，星期三重复施力，材料受力次数多，会出现疲劳，从而降低强度极限第39页，共78页，2023年，2月20日，星期三第40页，共78页，2023年，2月20日，星期三第41页，共78页，2023年，2月20日，星期三松弛恒定变形情况下，岩石中的应力随时间延长不断减小σtABC松弛曲线：AB-快速松弛，BC-缓慢松弛第42页，共78页，2023年，2月20日，星期三第三节岩石的能干性第43页，共78页，2023年，2月20日，星期三Competent能干的competence能干性Incompetent不能干的岩石的相对易流变性，与岩石变形时的粘度有关。强硬材料比软弱材料的刚性强，，粘度大，不易流动或容易破碎。第44页，共78页，2023年，2月20日，星期三第45页，共78页，2023年，2月20日，星期三第46页，共78页，2023年，2月20日，星期三第四节岩石变形的微观机制一脆性变形机制：微破裂——碎裂——碎裂流动第47页，共78页，2023年，2月20日，星期三二韧性变形机制1晶内滑动1）平移滑动2）双晶滑动2位错蠕变3扩散蠕变4压溶作用5粒间滑动第48页，共78页，2023年，2月20日，星期三1晶内滑动1）平移滑动2）双晶滑动第49页，共78页，2023年，2月20日，星期三第50页，共78页，2023年，2月20日，星期三2位错蠕变第51页，共78页，2023年，2月20日，星期三第52页，共78页，2023年，2月20日，星期三第53页，共78页，2023年，2月20日，星期三第54页，共78页，2023年，2月20日，星期三第55页，共78页，2023年，2月20日，星期三第56页，共78页，2023年，2月20日，星期三亚晶粒第57页，共78页，2023年，2月20日，星期三第58页，共78页，2023年，2月20日，星期三第59页，共78页，2023年，2月20日，星期三3扩散蠕变第60页，共78页，2023年，2月20日，星期三云母的变形和波状消光第61页，共78页，2023年，2月20日，星期三第62页，共78页，2023年，2月20日，星期三第63页，共78页，2023年，2月20日，星期三压溶作用：在挤压作用下，岩石在平行于压应力方向溶解，在垂直于应力方向上生长第64页，共78页，2023年，2月20日，星期三第65页，共78页，2023年，2月20日，星期三5粒间滑动第66页，共78页，2023年，2月20日，星期三第67页，共78页，2023年，2月20日，星期三第68页，共78页，2023年，2月20日，星期三第四节岩石断裂准则第69页，共78页，2023年，2月20日，星期三一水平直线型莫尔包络线理论第70页，共78页，2023年，2月20日，星期三

τ=σ1/2*sin2α

当α

=45°剪应力最大，剪应力与最大主应力的夹角（剪裂角）θ=45°

，该理论适用于深层次构造环境、塑性材料或高围压环境

第71页，共78页，2023年，2月20日，星期三2斜直线型莫尔包络线理论—纳维叶准则第72页，共