岩层产状999.ppt

章岩层产状和地层接触关系章岩层产状和地层接触关系节岩层产状节岩层产状节岩层厚度节岩层厚度节地层接触关系节地层接触关系节潜山和披覆构造节潜山和披覆构造2021/5/91第一节第一节 岩层产状岩层产状一、岩层和层理一、岩层和层理 岩层岩层是指两个层面限制的岩性相同，时代一是指两个层面限制的岩性相同，时代一致的层状地质体。层面由短暂的沉积间断所形成。致的层状地质体。层面由短暂的沉积间断所形成。地层地层是指同一地质历史时期形成的各种岩层是指同一地质历史时期形成的各种岩层的总和。地层具有时代概念。的总和。地层具有时代概念。岩层是地层的最小单位。岩层是地层的最小单位。层理层理是岩石性质是岩石性质(颜色、成分、结构颜色、成分、结构)沿垂直沿垂直方向变化而形成的层状构造。是一种原生构造，方向变化而形成的层状构造。是一种原生构造，在沉积过程中形成。在沉积过程中形成。2021/5/92二、海侵层位与海退层位二、海侵层位与海退层位 沉积后岩层的原始产状一般总是近于水平的。由于古沉积后岩层的原始产状一般总是近于水平的。由于古地形的影响，岩层厚度常向地形高起的方向变薄以至尖灭，地形的影响，岩层厚度常向地形高起的方向变薄以至尖灭，层面也出现不同程度的倾斜，这种倾斜叫层面也出现不同程度的倾斜，这种倾斜叫原始倾斜原始倾斜。大陆相对变低，海水向大陆侵进，淹没了一部分原来大陆相对变低，海水向大陆侵进，淹没了一部分原来的陆地，使沉积范围扩大，称为海侵。反之为海退。的陆地，使沉积范围扩大，称为海侵。反之为海退。据沉积分异原理，靠岸为粗粒沉积物，向海沉积物颗据沉积分异原理，靠岸为粗粒沉积物，向海沉积物颗粒变细。粒变细。海侵层位海侵层位在垂向剖面中表现出由下向上沉积物颗在垂向剖面中表现出由下向上沉积物颗粒由粗变细，所反映的沉积环境由浅水到深水，由氧化到粒由粗变细，所反映的沉积环境由浅水到深水，由氧化到还原。海退层位与此相反。还原。海退层位与此相反。2021/5/932021/5/94 海侵层位海侵层位，在地质图上表现为新地层的地质界线超过老，在地质图上表现为新地层的地质界线超过老地层，并盖于其上，形成超覆不整合。地层，并盖于其上，形成超覆不整合。海退层位海退层位在地质图上在地质图上表现为新地层分布的面积比老地层小。表现为新地层分布的面积比老地层小。同一沉积岩层，由于所处的地理位置、物源供应和沉积同一沉积岩层，由于所处的地理位置、物源供应和沉积环境的不同，常在横向上出现岩性变化，这种现象称为环境的不同，常在横向上出现岩性变化，这种现象称为横向横向变化变化。相反，岩性相同的岩层，也可能不是同一岩层，可能。相反，岩性相同的岩层，也可能不是同一岩层，可能是许多岩层的综合体，包括了相当长的时代，此现象称为是许多岩层的综合体，包括了相当长的时代，此现象称为穿穿时现象时现象。2021/5/95三、水平岩层的特征三、水平岩层的特征 同一层面具有相同海拔高同一层面具有相同海拔高度的岩层称为水平岩层。度的岩层称为水平岩层。其其有如下特征有如下特征 ：1 1、新岩层一定位于老岩层之、新岩层一定位于老岩层之上。上。2 2、岩层面与地表的交线、岩层面与地表的交线(岩层岩层界线界线)在地质图上与地形等高在地质图上与地形等高线平行或重合而不相交。线平行或重合而不相交。3 3、水平岩层的厚度是上层面、水平岩层的厚度是上层面与下层面之间的高差。在地形与下层面之间的高差。在地形地质图上，可根据上下层面的地质图上，可根据上下层面的标高之差求得其厚度。标高之差求得其厚度。4 4、同一水平岩层在地质图上、同一水平岩层在地质图上不同地段所表现出的宽度不同地段所表现出的宽度(露露头宽度头宽度)是不同的。其受地形是不同的。其受地形的控制。的控制。2021/5/96四、倾斜岩层及产状要素四、倾斜岩层及产状要素 根据沉积补偿原理，沉积岩层的原始产状是水平的。根据沉积补偿原理，沉积岩层的原始产状是水平的。当其受构造运动的影响，层面与现今的水平面有了一定的当其受构造运动的影响，层面与现今的水平面有了一定的交角，便成为倾斜岩层。倾斜岩层是一种最常见、较为简交角，便成为倾斜岩层。倾斜岩层是一种最常见、较为简单的构造形态。往往是某种构造形态的一部分，如褶曲的单的构造形态。往往是某种构造形态的一部分，如褶曲的一翼，断层的一盘。一翼，断层的一盘。地质体在地壳中的产出状态地质体在地壳中的产出状态(空间位置空间位置)称为地质体的产状。称为地质体的产状。确定倾斜岩层的产出状态，需要确定倾斜岩层的产出状态，需要三个要素，即走向，倾向和倾角，三个要素，即走向，倾向和倾角，统称为产状三要素。因为走向和统称为产状三要素。因为走向和倾向相差倾向相差90900 0故在实际工作中，故在实际工作中，通常只用倾向和倾角表示岩层的通常只用倾向和倾角表示岩层的产状。产状。2021/5/97真真倾倾角角与与视视倾倾角角的的关关系系 在实际工作中，由于地形等条件的限制，常见不到在实际工作中，由于地形等条件的限制，常见不到岩层的层面，所见到的只是层面与陡壁的交线，此陡壁岩层的层面，所见到的只是层面与陡壁的交线，此陡壁常与岩层，走向线不垂直。这种情况下，只能测得岩层常与岩层，走向线不垂直。这种情况下，只能测得岩层的的视倾向视倾向和和视倾角视倾角。可利用公式或几何作图法进行真倾。可利用公式或几何作图法进行真倾角与视倾角之间的换算。视倾角总是小于真倾角。角与视倾角之间的换算。视倾角总是小于真倾角。tan=tan.cos 2021/5/98 在不太大的范围内，岩层产状没有变化时，可把层面看成在不太大的范围内，岩层产状没有变化时，可把层面看成平面，而起伏变化的地表是一个曲面。平面，而起伏变化的地表是一个曲面。岩层露头线岩层露头线(岩层界线岩层界线)是平面与一个曲而的交线。是平面与一个曲而的交线。水平岩层的露头线在地质图上与地形等高线平行或重合，水平岩层的露头线在地质图上与地形等高线平行或重合，不相交。不相交。倾斜岩层的露头线形状既随岩层产状而变化，又受地形的倾斜岩层的露头线形状既随岩层产状而变化，又受地形的影响。常表现出有规律的影响。常表现出有规律的“V”V”字形态，称字形态，称“V”V”字形法则字形法则。依倾斜岩层产状与地面坡向坡度的关系，依倾斜岩层产状与地面坡向坡度的关系，“V”V”字形法则包字形法则包含三种情况：含三种情况：2021/5/992021/5/9102021/5/9112021/5/912 “V”V”字形法则也适用于其它比较平整的地质界面。如断字形法则也适用于其它比较平整的地质界面。如断层面，不整合面等。层面，不整合面等。使用使用“V V，字形法则时，要注意两点。字形法则时，要注意两点。1 1、倾斜岩层的、倾斜岩层的走向与沟谷延伸方向平行时，不符合走向与沟谷延伸方向平行时，不符合“V”V”字形法则。字形法则。2 2、“V”V”字形法则对于填绘和阅读分析大比例尺地质图有指字形法则对于填绘和阅读分析大比例尺地质图有指导意义。在中小比例尺地质图上，其反映不明显。导意义。在中小比例尺地质图上，其反映不明显。岩层的岩层的露头宽度露头宽度取决于岩层的厚度、地形坡度和岩层倾取决于岩层的厚度、地形坡度和岩层倾角三者之间的相互关系。角三者之间的相互关系。2021/5/9132021/5/9142021/5/9152021/5/9162021/5/9172021/5/9182021/5/9192021/5/9202021/5/9212021/5/9222021/5/9232021/5/9242021/5/925第二节第二节 岩层厚度岩层厚度 岩层的厚度有四种岩层的厚度有四种 真厚度真厚度是指岩层顶面和底面之间的是指岩层顶面和底面之间的垂直距离。垂直距离。铅直厚度铅直厚度是指岩层顶面和底面之间是指岩层顶面和底面之间的铅直距离。产状不变的同一岩层在的铅直距离。产状不变的同一岩层在各处的垂直厚度都相等。倾斜岩层的各处的垂直厚度都相等。倾斜岩层的铅直厚度永远大于真厚度。铅直厚度永远大于真厚度。视厚度视厚度指在不垂面直于岩层走向的剖面上，岩层的顶面和底面分别与剖指在不垂面直于岩层走向的剖面上，岩层的顶面和底面分别与剖面相交，这两条交线之间的垂直距离。视厚度随剖面的方向改变而改变。视面相交，这两条交线之间的垂直距离。视厚度随剖面的方向改变而改变。视厚度的最小值等于真厚度，最大值等于垂直厚度。厚度的最小值等于真厚度，最大值等于垂直厚度。真厚度、铅直厚度和视厚度三者之间可以进行换算。真厚度、铅直厚度和视厚度三者之间可以进行换算。残余厚度残余厚度指岩层遭受剥蚀后，残留部分的厚度。其必然与剥蚀而相联系。指岩层遭受剥蚀后，残留部分的厚度。其必然与剥蚀而相联系。真厚度、铅直厚度和视厚度h真厚度 H铅直厚度 h视厚度岩层真倾角 岩层视倾角2021/5/9262021/5/9272021/5/928第三节第三节 地层接触关系地层接触关系 地层的接触关系多种多样，但是，总起来说，不外地层的接触关系多种多样，但是，总起来说，不外整整合合和和不整合不整合两种基本类型。两种基本类型。上下地层在沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都上下地层在沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，它们的产状也基本平行，即它们是连是一致的或递变的，它们的产状也基本平行，即它们是连续沉积的，这种上下地层之间的接触关系，称为续沉积的，这种上下地层之间的接触关系，称为整合接触整合接触。上下地层间的层序如果有了间断，即先后沉积的地层上下地层间的层序如果有了间断，即先后沉积的地层之间缺失了一部分地层之间缺失了一部分地层(这种沉积间断的时期可能代表没这种沉积间断的时期可能代表没有沉积作用的时期，也可能代表以前沉积的岩石被侵蚀的有沉积作用的时期，也可能代表以前沉积的岩石被侵蚀的时期时期)，地层之间这种接触关系称为，地层之间这种接触关系称为不整合不整合。上下地层间的沉积间断面叫上下地层间的沉积间断面叫不整合面不整合面。不整合面在地。不整合面在地面的出露线叫面的出露线叫不整合线不整合线。2021/5/929 根据不整合面上下地层的产状及所反映的地壳运动特根据不整合面上下地层的产状及所反映的地壳运动特征，不整合可分为平行不整合和角度不整合两种主要类型。征，不整合可分为平行不整合和角度不整合两种主要类型。平行不整合平行不整合是指不整合面上下岩层产状一致的不整合，是指不整合面上下岩层产状一致的不整合，也称假整合，由地壳的升降运动所造成。也称假整合，由地壳的升降运动所造成。角度不整合角度不整合是指不整合面上下岩层产状不一致的不整是指不整合面上下岩层产状不一致的不整合，所反映的构造运动为褶皱运动。合，所反映的构造运动为褶皱运动。平行不整合示意图平行不整合示意图2021/5/9302021/5/9312021/5/9322021/5/933角度不整合示意图角度不整合示意图2021/5/9342021/5/9352021/5/9362021/5/937 除平行不整合与角度不整合外，还有除平行不整合与角度不整合外，还有嵌入不整合嵌入不整合、超超覆不整合覆不整合以及以及非整合非整合等。等。嵌入不整合是由于不整合面的凹凸不平，致使不整合嵌入不整合是由于不整合面的凹凸不平，致使不整合面与上下地层均呈截交关系，其包括面与上下地层均呈截交关系，其包括平行嵌入不整合平行嵌入不整合和和斜斜交嵌入不整合交嵌入不整合。超覆不整合又叫超覆不整合又叫海侵不整合海侵不整合或或地理不整合地理不整合，是由于水，是由于水侵作用，在海侵作用，在海(湖湖)盆地的边缘地带，使越来越新的地层直盆地的边缘地带，使越来越新的地层直接覆于剥蚀面之上而形成的新老地层之间的接触关系。其接覆于剥蚀面之上而形成的新老地层之间的接触关系。其在近岸处表现为角度不整合，向盆地内部常常为平行不整在近岸处表现为角度不整合，向盆地内部常常为平行不整合或整合接触所代替。合或整合接触所代替。非整合指沉积岩与变质岩或岩浆岩体之间的不整合，非整合指沉积岩与变质岩或岩浆岩体之间的不整合，也称异岩不整合。沉积岩与岩浆岩体的接触关系包括也称异岩不整合。沉积岩与岩浆岩体的接触关系包括侵入侵入接触接触和和沉积接触沉积接触两种。两种。2021/5/938异异岩岩不不整整合合2021/5/939几种埋藏地形示意图几种埋藏地形示意图2021/5/940角度不整合在平面图上和剖面图上的表现角度不整合在平面图上和剖面图上的表现2021/5/941地质图地质图2021/5/942地质图地质图2021/5/943不整合的表现不整合的表现上图地质图；下图沿上图地质图；下图沿A-BA-B线的剖面图线的剖面图2021/5/944角角度度不不整整合合在在地地质质图图上上的的表表现现AB2021/5/945第四节第四节 潜山和披覆构造潜山和披覆构造 潜山潜山的早期含义是指被新地层覆盖埋藏的基岩古地貌的早期含义是指被新地层覆盖埋藏的基岩古地貌(古地形古地形)山头。在油田上现在所指的潜山比上述概念有山头。在油田上现在所指的潜山比上述概念有所扩大，不仅指古地貌潜山，而且还包括古剥蚀面被构所扩大，不仅指古地貌潜山，而且还包括古剥蚀面被构造运动改造而形成并长期生长的古潜山。造运动改造而形成并长期生长的古潜山。潜山披覆构造是由不整合面潜山披覆构造是由不整合面(古剥蚀面古剥蚀面)所分割的两大所分割的两大部分构造组成，即剥蚀面以下是老岩层、岩体组成的部分构造组成，即剥蚀面以下是老岩层、岩体组成的(古古)潜山核部，剥蚀面以上是较新地层组成的披覆构造潜山核部，剥蚀面以上是较新地层组成的披覆构造 。潜山披覆构造示意图 披覆构造披覆构造通常是顶薄通常是顶薄的穹窿构造，而且为局的穹窿构造，而且为局部隆起无相应的向斜，部隆起无相应的向斜，在深部该构造显著，其在深部该构造显著，其两翼有原始倾斜或地层两翼有原始倾斜或地层尖灭。尖灭。2021/5/946潜山的分类潜山的分类按地层按地层按岩性按岩性按构造按构造1.1.断块潜山断块潜山断层活动控制着潜山核部的增长幅度断层活动控制着潜山核部的增长幅度 。根。根据基岩断块体与断层的组合特征，又可进一步分为三类：据基岩断块体与断层的组合特征，又可进一步分为三类：(1)(1)单断式潜山单断式潜山 (2)(2)断阶式潜山断阶式潜山 (3)(3)地垒式潜山地垒式潜山2.2.褶皱潜山褶皱潜山由较老的地层形成的褶皱构造内幕被新地层由较老的地层形成的褶皱构造内幕被新地层埋藏的潜山。埋藏的潜山。3.3.残山残山地史中的古地貌山。地史中的古地貌山。2021/5/947任丘单断式古潜山任丘单断式古潜山(据华北油田据华北油田)2021/5/948南孟断阶式古潜山南孟断阶式古潜山(据华北油田据华北油田)2021/5/949渤海白臼坨地垒式古潜山渤海白臼坨地垒式古潜山2021/5/950褶皱潜山剖面图褶皱潜山剖面图2021/5/951八里庄潜山构造图八里庄潜山构造图(上上)和剖面图和剖面图(下下)2021/5/952第三章第三章 岩石变形分析的力学基础岩石变形分析的力学基础第一节第一节 应力分析应力分析第二节第二节 变形分析变形分析第三节第三节 影响岩石力学性质和岩石变形的因素影响岩石力学性质和岩石变形的因素第四节第四节 构造应力场构造应力场2021/5/953第一节第一节 应力分析应力分析2021/5/954 内内力力是是同同一一物物体体内内部部各各部部分分之之间间的的作作用用力力。在在未未受受外外力力作作用用时时，物物体体内内部部各各质质点点相相互互之之间间的的引引力力和和斥斥力力达达到到平平衡衡时时的的力力，使使物物体体保保持持一定的形状，这种力称为固有内力。一定的形状，这种力称为固有内力。当当物物体体受受一一定定外外力力作作用用时时，其其内内力力的的改改变变量量称称为为附附加加内内力力。其其作作用用是是为为了了阻阻止止物物体体继继续续变变形形并并力力图图恢恢复复原原来来形形状状。当当物物体体的的附附加加内内力力超超过过一一不不限限度度时时，就就会会发发生生形形变变以以致破裂。致破裂。为了讨论方便，规定：物体不为了讨论方便，规定：物体不受外力作用时，其内力等于零；物受外力作用时，其内力等于零；物体受外力作用时，其附加内力简称体受外力作用时，其附加内力简称内力。内力和外力都是向量，对受内力。内力和外力都是向量，对受力物体来说，他们大小相等，方向力物体来说，他们大小相等，方向相反，且作用在同一条作用线上。相反，且作用在同一条作用线上。2021/5/955 应力应力是为表示内力的强度而引入的概念，通常把单位面积是为表示内力的强度而引入的概念，通常把单位面积上的内力称为应力。应力是向量。当应力方向倾斜于它的作用上的内力称为应力。应力是向量。当应力方向倾斜于它的作用面时，总应力可以分解为两个分应力，与作用面垂直的分应力面时，总应力可以分解为两个分应力，与作用面垂直的分应力称为称为正（直）应力正（直）应力（）、与作用面平行的分应力称为、与作用面平行的分应力称为扭（剪）扭（剪）应力应力（）。如果一个截面上只有正应力而无扭应力作用，则）。如果一个截面上只有正应力而无扭应力作用，则该截面称为该截面称为主平面主平面，该正应力称为，该正应力称为主应力主应力。当正应力的方向当正应力的方向是向着作用面的称是向着作用面的称为为压应力压应力，用正值，用正值表示。当正应力的表示。当正应力的方向是离开作用面方向是离开作用面的称为的称为张应力张应力，用，用负值表示。负值表示。2021/5/956 扭应力的方向扭应力的方向是与作用面平行的，是与作用面平行的，以使物体有顺时针以使物体有顺时针转动趋势者为转动趋势者为负负，有逆时针转动趋势有逆时针转动趋势者为者为正正。应该注意。应该注意应力符号规则与向应力符号规则与向量符号规则不同，量符号规则不同，应力的正负号与其应力的正负号与其截面外法线方向有截面外法线方向有关，而向量的正负关，而向量的正负号却以坐标轴方向号却以坐标轴方向为准。为准。2021/5/957 受受力力物物体体内内一一点点的的应应力力情情况况可可以以用用6 6个个独独立立的的应应力力分分量量x x 、y y 、z z 、xyxy 、yzyz 、zxzx来来表表示示，也可以用三个主应力也可以用三个主应力1 1、2 2、3 3来表示。来表示。物体受力物体受力后，内部各后，内部各个截面上将个截面上将产生有规律产生有规律分布的应力，分布的应力，物体所处的物体所处的这种力学状这种力学状态即所谓态即所谓应应力状态。力状态。2021/5/958 在平面应力状态下，若已知两个主应力则为在平面应力状态下，若已知两个主应力则为平面主应力平面主应力状态状态。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。2021/5/959 在平面应力状态下，若已知扭应力且正应力为零则为在平面应力状态下，若已知扭应力且正应力为零则为平面平面纯扭应力状态纯扭应力状态。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。2021/5/960 在平面应力状态下，若已知相互垂直的两个截面上的正应在平面应力状态下，若已知相互垂直的两个截面上的正应力和扭应力则为力和扭应力则为平面一般应力状态平面一般应力状态。根据平面应力状态公式可。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。作用面方向。2021/5/9612021/5/962平面主应力状态公式平面主应力状态公式整理整理公式公式两式分别平方后两式分别平方后相加相加得得圆方程圆方程圆心圆心半径半径2021/5/963 莫尔应力圆莫尔应力圆是计算一点应力状态的几何作图方法，其横坐是计算一点应力状态的几何作图方法，其横坐标表示正应力，纵坐标表示扭应力。已知一点的平面应力状态，标表示正应力，纵坐标表示扭应力。已知一点的平面应力状态，可画出一个莫尔应力园，此圆上的每一个点表示一个对应截面可画出一个莫尔应力园，此圆上的每一个点表示一个对应截面上的应力值。上的应力值。平面主应力莫尔圆平面主应力莫尔圆的画法是，在横坐标轴（的画法是，在横坐标轴（）轴上找到两）轴上找到两个主应力值对应的点。此两点间的连线即是莫尔圆的直径。个主应力值对应的点。此两点间的连线即是莫尔圆的直径。2021/5/964 画画平面纯扭应力莫尔圆平面纯扭应力莫尔圆时，先在纵坐时，先在纵坐标轴（标轴（）轴上找到纯扭应力值对应的点，）轴上找到纯扭应力值对应的点，以此点与坐标原心的连线为半径，坐标原以此点与坐标原心的连线为半径，坐标原点为圆心画圆，即得莫尔圆。点为圆心画圆，即得莫尔圆。2021/5/965 画画平面一般应力莫尔圆平面一般应力莫尔圆时，在时，在坐标坐标系中找到两个相互垂直截面上的应力值所对应系中找到两个相互垂直截面上的应力值所对应的两个点，一个点在横轴的上方，另一个点在的两个点，一个点在横轴的上方，另一个点在下方，此两点的连线就是莫尔圆的直径。下方，此两点的连线就是莫尔圆的直径。2021/5/966应用莫尔应力圆时要注意两点：应用莫尔应力圆时要注意两点：1 1、一一坐标系两坐标轴的单位要一致。坐标系两坐标轴的单位要一致。2 2、两两个个主主平平面面的的外外法法线线是是相相互互垂垂直直的的，即即相相差差9090度度。但但此此两两平平面面在在莫莫尔尔圆圆上上对对应应的的两两个个点点到到构构成成 180180度度的的圆圆心心角角。因因此此，若若已已知知受受力力物物体体内内两两截截面面的的外外法法线线相相差差角角，并并已已知知其其中中一一个个截截面面在在莫莫尔尔圆圆上上的的对对应应点点求求另另一一截截面面的的对对应应点点时时，应按相同的旋转方向转动应按相同的旋转方向转动22的圆心角。的圆心角。.2021/5/9672021/5/968第二节第二节 应变分析应变分析 物物体体受受到到力力的的作作用用后后，其其内内部部各各点点间间相相互位置发生改变，称为互位置发生改变，称为变形变形。物体变形的程度用物体变形的程度用应变应变来量度，即以其来量度，即以其相对变形来量度。谈论某时刻的应变状态是相对变形来量度。谈论某时刻的应变状态是指物体在该时刻的形态与某一早先的形态指物体在该时刻的形态与某一早先的形态（一般指初始的、未变形的形态）之间的差（一般指初始的、未变形的形态）之间的差别。别。2021/5/969 应变符号法则与应力不同，压应变为负，张应变为正，应变符号法则与应力不同，压应变为负，张应变为正，直角变为钝角的扭应变为负，直角变为锐角的扭应变为正。直角变为钝角的扭应变为负，直角变为锐角的扭应变为正。应应变变分分两两种种方方式式。线线应应变变（也也称称正正应应变变），即即物物体体变变形形前前后后的的相相对对伸伸长长或或缩缩短短，单单位位长长度度的的伸伸长长量量称称为为张张应应变变，单单位位长长度度的的缩缩短短量量称称为为压压应应变变。扭扭应应变变，即即原原来来互互呈呈直直交交的的两两条直线，变形后所改变的角度值。条直线，变形后所改变的角度值。2021/5/970 在弹性变形范围内，一种材料在弹性变形范围内，一种材料的横向线应变与纵向线应变之比的的横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一常数，称绝对值为一常数，称泊松比泊松比。材料。材料具有泊松比这一性质，表明在单向具有泊松比这一性质，表明在单向拉伸或压缩条件下，既有平行于作拉伸或压缩条件下，既有平行于作用力方向的变形，又有垂直于作用用力方向的变形，又有垂直于作用力方向上的变形，这种现象叫做力方向上的变形，这种现象叫做泊泊松效应松效应。2021/5/971 当物体发生均匀变形时，内部质点的相对位置将发生变化。当物体发生均匀变形时，内部质点的相对位置将发生变化。设想物体变形前其内部某一质点为一个小圆球，变形后这个圆设想物体变形前其内部某一质点为一个小圆球，变形后这个圆球就会变成一个椭球，该椭球称为球就会变成一个椭球，该椭球称为应变椭球应变椭球。应变椭球的三个轴称为应变椭球的三个轴称为应变主轴应变主轴，在这三个方向上都只有，在这三个方向上都只有主应变，而无扭应变。三个应变主轴各称：最大应变轴（主应变，而无扭应变。三个应变主轴各称：最大应变轴（a a轴）轴）、中间应变轴（、中间应变轴（b b轴）、最小应变轴（轴）、最小应变轴（C C轴）。轴）。2021/5/972岩石力学性质岩石力学性质 物物体体在在反反映映受受力力而而变变形形方方面面的的内内在在性性质质称称为为物物体体的的力力学学性质。其主要包括：性质。其主要包括：弹弹性性：指指物物体体在在外外力力作作用用下下变变形形，当当外外力力除除去去后后，物物体体能自行完全恢复原状的性质。能自行完全恢复原状的性质。塑塑性性：物物体体在在外外力力作作用用的的同同时时，立立即即产产生生变变形形，但但外外力力除除去去后后，变变形形一一点点也也不不恢恢复复，并并且且永永远远不不会会自自行行恢恢复复的的这这种种性能。性能。弹弹塑塑性性：指指有有些些物物体体同同时时具具有有弹弹性性和和塑塑性性的的这这种种性性能能。在在弹弹塑塑性性变变形形中中，有有一一部部分分是是弹弹性性变变形形，其其余余部部分分是是塑塑性性变变形。形。岩石是一种综合性的流变体。岩石是一种综合性的流变体。2021/5/973岩石变形分为五种基本方式：岩石变形分为五种基本方式：拉伸拉伸、压缩压缩、扭动扭动、弯曲弯曲和和扭转扭转。上述岩石变形的基本方式又可归纳为两种基本类型：均匀变形和非均匀变形。2021/5/974 均均匀匀变变形形：岩岩石石各各部部分分的的变变形形性性质质、方方向向和和大大小小都都相相同同的的变变形形。其其特特点点是是、原原来来的的直直线线变变形形后后仍仍保保持持为为直直线线；原原来来相相互互平平行行的的直直线线变变形形后后仍仍相相互互平平行行；原原来来的的平平面面变变形形后后仍仍是是平平面面，原原来来相相互互平平行行的的平平面面变变形形后后仍仍然然相相互互平平行行。拉拉伸伸、压压缩缩和和扭扭动动变变形形属属于于均均匀匀变变形形。据据应应变变主主轴轴的的方方位位在在变变形形过过程程中中是是否否发发生生改改变变，均均匀匀变变形形分分为为非非旋旋转转变变形形和和旋旋转转变变形形两两种种；前前者者为为应应变变主主轴轴方方位位没没有有发发生生改改变变，包包括括拉拉伸伸变变形形和和压压缩缩变变形形；后后者者为为应应变主轴的方位发生了改变，包括扭动变形。变主轴的方位发生了改变，包括扭动变形。非非均均匀匀变变形形：岩岩石石各各点点变变形形的的方方向向、大大小小和和性性质质是是变变化化的的称为非均匀变形。弯曲变形和扭转变形属于非均匀变形。称为非均匀变形。弯曲变形和扭转变形属于非均匀变形。递递进进变变形形：在在同同一一动动力力方方式式持持续续作作用用下下，岩岩石石内内部部的的应应力力状状态态在在变变形形过过程程中中是是要要发发生生变变化化的的。因因而而在在同同一一期期变变形形的的全全过过程程中中，必必然然依依次次出出现现性性质质和和方方向向不不同同的的应应力力状状态态，从从而而导导致致了了岩石变形的发展及其力学性质的转化，这就是递进变形。岩石变形的发展及其力学性质的转化，这就是递进变形。岩石变形一般都经历岩石变形一般都经历弹性弹性、塑性塑性和和断裂断裂三个阶段，而且依三个阶段，而且依次发生和相互过渡或重叠。次发生和相互过渡或重叠。2021/5/975 图图中中B B点点对对应应的的应应力力值值为为弹弹性性极极限限，在在B B点点以以前前卸卸载载变变形形可可以以恢恢复复原原状状，属属于于弹弹性性变变形形符符合合虎虎克克定定律律。从从B B点点开开始始进进入入塑塑性性变变形形阶阶段段，曲曲线线显显著著弯弯曲曲，当当达达到到C C点点时时曲曲线线很很快快变变成成水水平平线线，表表示示没没有有加加载载变变形形却却显显著著增增加加，类类似似固固态态流流动动，这这种种现现象象称称为为岩岩石石的的屈屈服服，C C点点对对应应的的应应力力值值称称为为屈屈服服极极限限。一一直直到到E E点点应应力力增增加加到到最最大大值值称称为为强强度度极极限限。当当到到达达K K点点时时物物体体断断裂裂，K K点点对对应应的的应应力力值称为值称为断裂强度断裂强度。如如果果在在 G G点点把把应应力力撤撤去去，应应力力应应变变曲曲线线就就会会下下降降到到 M M点点。此此时时的的变变形形由由弹弹性性变变形形MNMN和和塑塑性性变变形形OMOM两两部部分分组组成成。若若再再次次加加载载，应应力力应应变变曲曲线线为为MGEMGE形形状状，其其屈屈服服极极限限比比第第一一次次升升高高。由由此此可可见见，塑塑性性变变形形是是不不可可逆逆的的，应应力力应应变变之之间间都都是是多多值值关关系系，也也说说明明塑塑性性变变形形的的应应力力应应变变状状态态与与既既往往的的受受力力历历史史和和变变形过程有关。形过程有关。2021/5/976 蠕蠕变变与与松松驰驰：岩岩石石在在长长期期应应力力持持续续作作用用下下，即即使使应应力力在在弹弹性性极极限限内内，也也会会发发生生塑塑性性变变形形，这这是是一一种种流流变变现现象象。岩岩石石在在发发生生流流变变时时表表现现出出粘粘弹弹性性。蠕蠕变变和和松松驰驰就就是是粘粘弹弹性性体体的的变变形形表表现现，它它突突出出地地显显示示了了应应力力和和应应变变的的时时间间效效应应。应应力力保保持持不不变变，应应变变随随时时间间增增长长而而持持续续缓缓慢慢地地增增加加，这这种种现现象象称称为为蠕蠕变变。蠕蠕变变过过程程可可分分为为瞬瞬时时蠕蠕变变、平平稳稳蠕蠕变变和和加加速速蠕蠕变变三三个个阶阶段段。应应变变保保持持不不变变，应应力力随随时时间间增增长长而而持持续续缓缓慢慢地地减减小小，这这种种现现象象称称为为松松驰驰。松松驰驰过过程程也也可可分分为为两两个个阶阶段段。松松驰驰和和蠕蠕变变有有密密切切联联系。系。2021/5/977 塑性变形的机制：发生永久变形的岩石其本质是内部粒塑性变形的机制：发生永久变形的岩石其本质是内部粒子发生了滑动位移运动。此运动有两种方式，即子发生了滑动位移运动。此运动有两种方式，即粒间滑动粒间滑动和和粒粒内滑动内滑动，后者包括，后者包括平移滑动平移滑动和和双晶滑动双晶滑动。另外，在岩石受到定。另外，在岩石受到定向压力时，还能因溶解和重结晶作用而发生变形。向压力时，还能因溶解和重结晶作用而发生变形。2021/5/978 断裂变形断裂变形 当当应应力力超超过过岩岩石石的的强强度度极极限限时时，岩岩石石内内部部的的结结合合力力遭遭到到破破坏坏，产产生生了了破破裂裂面面，岩岩石石就就失失去去了了连连续续完完整整性。性。岩岩石石在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗破破坏坏的的能能力力称称为为岩岩石石的的强强度度。岩岩石石的的抗抗压压强强度度约约为为抗抗扭扭强强度度的的1010倍倍，抗抗张张强强度度的的3 03 0倍。倍。即即抗压强度抗压强度抗扭强度抗张强度抗扭强度抗张强度。岩石的破裂方式分张裂和扭裂两种。张裂主要由岩石的破裂方式分张裂和扭裂两种。张裂主要由主张应力造成，扭裂主要由扭应力造成。主张应力造成，扭裂主要由扭应力造成。各种应力状各种应力状态都可使物体发生扭裂和张裂，只不过是断面的方向态都可使物体发生扭裂和张裂，只不过是断面的方向不同而已。不同而已。张裂面垂直于主张应力或平行于主压应力，张裂面垂直于主张应力或平行于主压应力，共轭扭裂面的锐夹角平分主压应力。共轭扭裂面的锐夹角平分主压应力。2021/5/9792021/5/9802021/5/981 极限剪应力极限剪应力 内摩擦系数内摩擦系数 n n作作用用面面上上的的正正应应力力 0 0时时的的抗剪强度（内聚力）抗剪强度（内聚力）令令 则则n n tg tg 内摩擦角内摩擦角 在在坐坐标标平平面面内内，上上式式为为两两条条直直线线，称称剪剪切切破破裂裂线线或或包包络络线线。它它与与极极限限应应力力圆圆的的切切点点代代表表剪剪切切破破裂裂面面的的方方位位及及其其应应力状态。力状态。2021/5/982 包包络络线线总总是是向向轴轴的的负负方方向向，即即向向张张应应力力方方向向倾倾斜斜。说说明明在在扭扭裂裂面面上上的的压压应应力力减减小小或或张张应应力力增增大大的的情情况下，抗剪切度将降低。况下，抗剪切度将降低。由由于于随随的的增增大大而而减减小小，故故包包络络线线略略呈呈曲曲线线。剪剪裂裂面面与与最最大大主主应应力力轴轴的的夹夹角角 4545度度/2/2小小于于4545度。度。剪剪裂裂角角22（两两个个共共轭轭扭扭裂裂面面之之间间包包括括最最大大主主应应力力轴轴的的夹夹角角）的的大大小小取取决决于于内内摩摩擦擦角角。内内摩摩擦擦角角小小，剪裂角就大。脆性岩石的内摩擦角大于塑性岩石。剪裂角就大。脆性岩石的内摩擦角大于塑性岩石。剪裂角的大小还与岩石所处的温度、压力条件有剪裂角的大小还与岩石所处的温度、压力条件有关。随温度和压力增大，其剪裂角是增大的，并逐渐关。随温度和压力增大，其剪裂角是增大的，并逐渐接近接近9090度。但是，只要岩石本质上仍然是固体，则剪度。但是，只要岩石本质上仍然是固体，则剪裂角一般不超过裂角一般不超过9090度度 2021/5/983第三节第三节 影响岩石力学性质与岩石变形的因素影响岩石力学性质与岩石变形的因素 岩岩石石的的力力学学性性质质主主要要决决定定于于其其成成分分、结结构构和和构构造造等等内内在在因因素素，但但岩岩石石所所处处的的地地质质环环境境中中各各种种外外界界因因素素，如如温温度度、围围压压、溶溶液液、时时间间以以及及岩岩石石变变形形时时的的应应力力状状态态等等，也也会会影影响岩石力学性质的改变，从而影响到岩石的变形特征。响岩石力学性质的改变，从而影响到岩石的变形特征。围围压压：增增加加了了岩岩石石的的塑塑性性；提提高高了了岩岩石石的的弹弹性性极极限限和和强强度度极极限限。原原因因在在于于：围围压压使使固固体体物物质质的的质质点点彼彼此此接接近近，增强了岩石的内聚力，从而使晶格不易破坏。增强了岩石的内聚力，从而使晶格不易破坏。温温度度：随随温温度度的的增增高高，岩岩石石的的强强度度降降低低，弹弹性性减减弱弱，塑塑性性增增大大，易易于于变变形形。原原因因是是：当当温温度度增增高高时时，岩岩石石质质点点的的热热运运动动增增强强，从从而而减减低低它它们们之之间间的的联联系系能能力力，使使物物体体质质点点的的位位移移更更加加容容易易。另另一一方方面面，温温度度升升高高会会提提高高松松驰驰和和蠕蠕变的速度扩大岩石塑性变形的范围。变的速度扩大岩石塑性变形的范围。2021/5/984 溶溶液液：一一方方面面降降低低了了岩岩石石的的弹弹性性极极限限，提提高高了了岩岩石石的的塑塑性性，使使岩岩石石软软化化，易易于于变变形形。另另一一方方面面，在在地地应应力力的的作作用用下下，溶溶液液有有利利于于重重结结晶晶作作用用，从从而而有有利利于于岩岩石石的的塑塑性性变变形形。孔孔隙隙中中溶溶液液的的另另一一个个重重要要作作用用，是是产产生生孔孔隙隙压压，使使作作用用在在岩岩石石上上有有效效压压力力降降低低，从从而而降降低低岩岩石石的的抗抗扭扭强强度度，有有利于形成推覆构造等。利于形成推覆构造等。时间时间：时间的作用主要表现在三个方面。：时间的作用主要表现在三个方面。l l、施力的快施力的快慢慢。当岩石受到缓慢而长期持续的作用力时，离开原来位。当岩石受到缓慢而长期持续的作用力时，离开原来位置的质点就有充分的时间进行重新排列，变形的弹性能逐置的质点就有充分的时间进行重新排列，变形的弹性能逐渐以热的形式被释放，从而变形也就有充分的时间固定下渐以热的形式被释放，从而变形也就有充分的时间固定下来，于是产生了永久变形。当快速施力，物体快速变形时，来，于是产生了永久变形。当快速施力，物体快速变形时，质点来不及重新排列，要么在弹性势能