构造地质学：第5章岩石力学性质

1、第五章 岩石力学性质,一、岩石变形阶段 二、影响岩石变形的因素 三、岩石的能干性 四、岩石变形的微观机制,一、岩石变形阶段,在日常生活中，我们通常有这样的体验；将一根筷子撇断，其变形会经历三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂变形阶段 1.弹性变形阶段 物体受力变形，当外力取消后，物体又恢复到原先形态。变形初始阶段，是斜率较陡的直线，随应力增大而应变也在加大，应力与应变成正比，此时，若撤除应力，岩石可恢复原状，符合胡克定律。 Ee E-（弹性模量）,2.塑性变形阶段,随着外力的增加，变形加剧并超过物质的弹性极限，此时撤去外力作用，物体将不能恢复原形，而发生永久变形。应力应变曲线的斜率变小，

2、极限点的应力叫屈服应力y。如褶皱。,在屈服应力作用下，岩石以韧性方式连续地变形，应力应变曲线的斜率为零。在中低温条件下，岩石应力有一小的斜率，若继续塑性变形，需施加更大的 应力，这个过程称应变硬化。（如折断铁丝）,3.断裂变形阶段,当外力达到物质的强度极限时，物质变形的连续性将被破坏，而发生断裂，例如断层等。 破裂，此时的应力值称岩石的极限强度（或强度）。,岩石的抗压强度抗剪强度抗张强度,常温常压下一些岩石的强度极限,二、影响岩石变形的因素,（一）内因 1.岩性 不同岩性的岩石其矿物的成分、组成不同，从而导致其力学性质不同，受力后的变形强度也不同。如石英砂岩多为脆性，而粘土岩多为塑性等。 2.

3、岩石的结构 岩石内部颗粒的形状、大小、颗粒间的胶结方式等同样对岩石的力学性质产生影响。如紧密胶结的岩石的强度较大，松散胶结的则较小。 3.岩石的构造 成层性好的岩石易于变形，薄层岩层较厚层岩石易于变形等。,（二）外因 1、围压与温度 围压的增高同样也使得地下深处的脆性岩石发生显著的塑性变形，如变质岩中常发生的柔皱变形现象等。温度的增高能使岩石的塑性变强。如岩体周围的岩层常发生柔皱变形现象。,增大围压，岩石的强度和韧性增大,增大温度，岩石的屈服极限降低，韧性增大,2、时间,（1）应变速率岩石受短暂而强大的冲击力作用时常表现为脆性变形。反之，当岩石所受作用力即使小于岩石的弹性极限，但作用力作用时间

4、较长，同样能使岩石发生永久性变形。降低应变速率，岩石的屈服极限降低，韧性增大。,（2）蠕变：是在恒定应力作用下，应变随时间持续增加的变形。 应变-时间曲线（恒定应力）,（3）松驰：是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断减小。应力时间图解。,t,趋于大于零的定值,3、孔隙流体,孔隙流体的存在，可以降低岩石强度，促进岩石塑性变形。 孔隙流体压力的存在，促进岩石发生脆性破裂。,变形控制因素,岩性控制因素 矿物、岩性（粘度） 孔隙度、岩体不均 匀程度 、流体成分等,物理环境控制因素 P.T.t.应力、温度、时间、应变速率、流体压力（Pf)、 差异应力 （13）等,影响岩石力学性质外部因素,四、岩

5、石的能干性,反映岩石变形程度的差异，近似可以用粘度的大小来说明。 指在相同的变形条件下，能干的岩石比不能干的岩石不易发生粘性流动。,能干岩石（层）形成较大的波长。,五、岩石变形的微观机制,(一)、脆性变形机制 微破裂 碎裂作用 碎裂流,（二）、塑性变形机制 1晶内滑动：低温变形机制,沿一定滑移面的滑移方向滑移，可形成晶格优选方位和形态优选方位,晶内滑动的机制是位错滑动：,2位错蠕变：高温变形机制。T0.3Tm（熔融温度）,多边形化作用：形成亚晶粒,3、动态重结晶作用：形成细小的新颗粒，即核幔构造。,6、颗粒边界滑动：T0.5Tm，扩散速率大。,岩石可以发生很大变形，但晶粒本身无变形，因此无晶格优选和形态优选。,4、扩散蠕变：通过空位运动和原子运动来实现。 体积扩散蠕变纳