第五章岩石力学性

第五章岩石力学性第一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五复习第二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五一变形与应变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）第三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五二线应变和剪应变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。第四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五三应变椭球体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。第五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五四岩石变形过程——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：材料破坏第六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五五递进变形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。第七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五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。第八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五4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九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五6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——非牛顿指数第十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五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十二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五地壳浅部，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十七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第十九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第二十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第二十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第二十二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五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，从而降低强度第二十三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第二十四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第二十五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五温度对应力-应变曲线的影响第二十六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五温度对花岗岩应力-应变曲线的影响第二十七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五温度对石英晶体应力-应变曲线的影响第二十八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第二十九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五孔隙压力：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。第三十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三十三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五饱水岩石变形与深度的关系第三十四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五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三十五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三十六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三十七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三十八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五重复施力，材料受力次数多，会出现疲劳，从而降低强度极限第三十九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第四十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第四十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五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-缓慢松弛第四十二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第三节岩石的能干性第四十三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五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。第四十四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第四十五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第四十六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第四节岩石变形的微观机制一脆性变形机制：微破裂——碎裂——碎裂流动第四十七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五二韧性变形机制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粒间滑动第四十八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五1晶内滑动1）平移滑动2）双晶滑动第四十九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五2位错蠕变第五十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五亚晶粒第五十七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第五十九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五3扩散蠕变第六十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五云母的变形和波状消光第六十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第六十二页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第六十三页，共七十八页，编辑于2023年，星期五压溶作用：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六十四页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第六十五页，共七十八页，编辑于2023年，星期五5粒间滑动第六十六页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第六十七页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第六十八页，共七十八页，编辑于2023年，星期五第四节岩石断裂准则第六十九页，共七十八页，编辑于2023年，星期五一水平直线型莫尔包络线理论第七十页，共七十八页，编辑于2023年，星期五

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

第七十一页，共七十八页，编辑于2023年，星期五2斜直线型莫尔包络线理论—纳维叶准则第七十二