第三章 地质构造分析的力学基础
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第三章地质构造分析的力学基础一、力和体力1、力:物体相互间的一种机械作用2、接触力:物体与物体间的作用力3、面力:作用在物体表面的接触力4、应力集中:接触面积与物体边界面积比量级很小时,即集中5、体力:非接触力作用在物体内部每一支点上时,为体力二、外力和内力1、外力:外界物体向研究物体施加的作用力2、内力:外力作用引起的物体内部各点之间的相互作用力三、应力、正应力、剪应力1、应力:在外力作用下,物体内任一截面单位面积上的受力大小2、正应力:垂直截面的应力,以σ表示3、剪应力:平行截面的应力,以τ表示四、主应力、主方向、主平面1、主应力:某一截面上只有正应力,没有剪应力时的正应力2、主方向:主应力的方向3、主平面:垂直于主应力的平面五、应力椭球体和应变椭球体1、应力椭球体:σ1—最大压(最小拉)应力轴;σ2—中间应力轴;σ3—最小压(最小拉)应力轴故:σ1>σ2>σ32、应变椭球体:A(X)—最大应变轴;B(Y)—中间应变轴;C(Z)—最小应变轴六、应力分析简介1、常见的应力状态:单轴应力状态:一个主应力不为零,其余两个均为零双轴应力状态:一个主应力为零,其余两个均不为零三轴应力状态:三个主应力均不为零,且σ1>σ2>σ32、二维应力状态分析(平面应力状态分析)若:有两轴主应力(σ1,σ2 )作用在斜截面(AB )上,且σ1>σ2,σ3 = 0;分析斜面(AB 面)上的应力状态。
规定:α—AB法线与σ1的夹角,AB线—AB 面的截线,单位长度(=1)∵AB = 1,∴OA = sin α, OB = cos α又∵σ= P / A , P = σA∴在OA 面上的正应力P2 = σ2 OA = σ2 sin α,在OB 面上的正应力P1 = σ1 OB = σ1 cos α(1)在垂直AB面上的力:为P1 和P2 的分力之和:即:Pn = P1n + P2n = P1 cosα+ P2 sinαAB面上的正应力:σα= P1 cosα+ P2 sinα= σ1 cosαcosα+ σ2 sinαsinα= σ1 cos 2 α+ σ2 sin 2ασ1 + σ2 σ1 - σ2= ————+ ————cos 2α(1)2 2(2)在平行AB面上的力:Pt = P1 sinα+ P2 cosαAB面上的剪应力:τα= σ1 cosαsinα+ σ2 sinαcosασ1 - σ2= ————sin2α(2)2讨论:由(1):当α= 0 时,cos 2α= 1;σα= σ1 (最大);σ2 不起作用说明:垂直该面的应力对该面作用最大平行该面的应力对该面无作用由(2):当α= 0 时,τα= 0当α= 90°时,τα= 0 (2 α= 180 °)当α= 45°时,τα达最大值(2 α= 90 °)σ1 - σ2即:τα= ————2说明:与主应力呈45 °的面上剪应力最大,易产生剪切面。
思考与讨论•确定二套岩层是否为不整合关系,研究区是否需要一定的面积?为什么?在一定的区域,不整合类型是否可以发生改变?它们反映了怎样的地质过程?不整合的类型在较大区域内是可以发生变化的拒绝学习,就是放弃自己!第3章地质构造分析的力学基础主要内容:1.应力分析(难点)2.变形分析(难点)3.影响岩石力学性质与岩石变形的因素?地质构造是岩石变形的产物。
岩石变形是在外力作用下,内部质点发生位移的结果。
要深入研究构造发生、发展的规律及其形成机制,需要学习和了解有关岩石变形的力学基础知识。
本节要点1)基本概念:应力、正应力、剪应力、主应力、应力椭球、应力摩尔园、构造应力场。
2)应力摩尔圆的地质意义。
(一)外力、内力和应力1、外力:另一物体所施加的力2、内力:物体内部质点之间的相互作用力3、应力:单位面积上的内力σ=P/A•正应力:垂直于作用面的应力(压为正,拉为负,与材料力学规定相反)•剪应力:平行于作用面的应力(逆时针为正,顺时针为负)(二)应力椭球和应力状态1、主平面(或主应力面):弹性力学证明,任何受力物体内部总能找到三个相互垂直的面,其上只有正应力而无剪应力(S 1、S2、S 3)2、主应力:主平面上的正应力σ1(最大)≥σ2(中间) ≥σ3(最小)3、主应力轴方向或主应力方向σ2σ1σ3σ1σ2σ35、应力椭球:以σ1,σ2,σ3 为主轴的椭球体,直观地表示物体的受力状况。
6、应力椭圆:应力椭球的三个主切面σ1≥σ2≥σ3(三)二维应力分析―应力摩尔圆1、二维应力分析—单轴压缩σα=P / Aα=P / Acosα=σ1cosασ=σαcosα=σ1 cos2ατ=σαsinα=σ1sinαcosα2、二维应力分析—双轴压缩P 1P 1(四)构造应力场、应力轨迹和应力集中1. 应力场:受力物体内部各点瞬时应力状态组合–均匀应力场:各点应力状态相同–非均匀应力场2. 构造应力场:地壳内一定范围内某一瞬时构造应力状态的组合。
第三章地质构造分析的力学基础地质构造是指地球表面上的各种地貌和地质现象,包括山脉、峡谷、断层、盆地等。
地质构造的形成与地球内部的力学作用密切相关,力学是研究物体运动和变形的学科,而地质构造的形成也是地球的运动和变形的结果。
因此,地质构造分析的力学基础对于地质学研究具有重要意义。
地质构造分析的力学基础主要包括地壳力学、板块构造理论和断裂力学。
地壳力学研究地球外强大的应力、应变和物质的变形行为,它是地球科学研究的重要组成部分。
板块构造理论认为地球上的岩石圈被划分为数十个板块,各个板块之间以不同的速度运动,并在板块边界产生各种地质构造。
断裂力学研究地壳中各种断裂的形成和演化,以及断层对地壳的作用。
板块构造理论是地理学和地球物理学的一项重要理论成果。
它认为地球上的岩石圈分为数十个板块,这些板块以不同的速度相对运动,产生了各种地质构造。
板块边界是地壳和上层岩石圈的相对运动相互作用的地方,是地震、火山等地质灾害的主要发生地点。
板块构造理论的提出和发展,对于地壳演化的研究具有重要意义,也为我们认识地球的内部运动提供了重要的依据。
断裂力学是研究地壳中各种断裂的形成和演化规律的学科。
断裂是地壳中岩石断裂的带状区域,主要由岩石受到应力作用而发生的断裂破裂引起。
断裂破裂是地壳形变的重要表现形式,它不仅能改变地壳的形态和构造,还能引起地震的发生。
断裂力学的研究对于地质构造的形成和演化有着重要的理论价值和实际应用价值。
综上所述,地质构造分析的力学基础对于地球科学的研究和地质学的发展具有重要意义。
地质构造的形成与地球内部的力学作用密不可分,地壳力学、板块构造理论和断裂力学是研究地质构造分析的重要理论和方法。
通过对地质构造的力学基础的研究,我们可以更好地认识地球的内部运动和地质构造的形成和演化,对于预测和防治地质灾害、勘探矿产资源等具有重要的指导意义。
因此,加强地质构造的力学基础研究,对于地球科学的发展和地质学的进步具有重要意义。