01 01 岩石的变形习性岩石的变形习性1岩石的变形习性岩石的变形习性l第一节第一节 岩石的变形习性岩石的变形习性l第二节第二节 影响岩石变形习性的因素影响岩石变形习性的因素2一、实验条件下岩石变形习性一、实验条件下岩石变形习性二、岩石的脆性破裂二、岩石的脆性破裂三、塑性变形机制三、塑性变形机制3一、实验条件下岩石变形习性一、实验条件下岩石变形习性 弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形 断裂变形断裂变形断裂变形断裂变形4 （一）弹性变形（一）弹性变形（一）弹性变形（一）弹性变形 物体在外力作用下产生变形，当外力解除后，物体在外力作用下产生变形，当外力解除后，物体在外力作用下产生变形，当外力解除后，物体在外力作用下产生变形，当外力解除后，又完全恢复到变形前的状态。符合又完全恢复到变形前的状态。符合又完全恢复到变形前的状态。符合又完全恢复到变形前的状态。符合虎克定律：虎克定律：= E e 应力与应变应力与应变成正比成正比5 （二）塑性变形（二）塑性变形（二）塑性变形（二）塑性变形 当应力超过弹性极限，再将应力撤去，变形当应力超过弹性极限，再将应力撤去，变形当应力超过弹性极限，再将应力撤去，变形当应力超过弹性极限，再将应力撤去，变形岩石已不能恢复原来的形状，保留一定的永久岩石已不能恢复原来的形状，保留一定的永久岩石已不能恢复原来的形状，保留一定的永久岩石已不能恢复原来的形状，保留一定的永久变形，即塑性变形。变形，即塑性变形。变形，即塑性变形。变形，即塑性变形。 屈服点屈服点屈服应力屈服应力硬化硬化褶皱就是一种褶皱就是一种塑性变形的表塑性变形的表现形式之一现形式之一蠕变蠕变6 （三）断裂变形（三）断裂变形（三）断裂变形（三）断裂变形 任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达任何岩石经过弹性或塑性变形后，当外力达到强度极限时，就会失去连续的完整性，产生到强度极限时，就会失去连续的完整性，产生到强度极限时，就会失去连续的完整性，产生到强度极限时，就会失去连续的完整性，产生破坏，即断裂变形。破坏，即断裂变形。破坏，即断裂变形。破坏，即断裂变形。一般规定：一般规定：断裂前塑性变形量断裂前塑性变形量在在5%以下的为脆以下的为脆性材料；性材料；10以上以上的为韧性材料。的为韧性材料。脆性材料在破裂前脆性材料在破裂前没有或有极小的塑没有或有极小的塑性变形，材料的这性变形，材料的这种性质称为脆性，种性质称为脆性，这种破裂称为脆性这种破裂称为脆性破裂。破裂。在温度和围压较低的在温度和围压较低的情况下，常表现为脆情况下，常表现为脆性。但随着温度和围性。但随着温度和围压的增高，岩石常表压的增高，岩石常表现出一定的韧性。现出一定的韧性。7破裂面破裂面带状带状材料的韧性程度不同，材料的韧性程度不同，其产生破裂的形式也其产生破裂的形式也不同不同8二、岩石的脆性破裂二、岩石的脆性破裂l试验和自然界宏观破裂的主要形式张裂位移方向垂直于破裂面剪裂位移方向平行于破裂面 张裂面张裂面剪裂面剪裂面特点：特点：）1 1平行于张裂面；平行于张裂面； ）1是两组剪裂面的平分是两组剪裂面的平分线；线；）两组剪裂面相交于）两组剪裂面相交于2轴轴.9（一）库仑剪破裂准则（一）库仑剪破裂准则p2p2p1p1mn45l岩石的抵抗岩石的抵抗剪切剪切破裂的能力破裂的能力不仅不仅与剪应力有关，与剪应力有关，而且和作用在该而且和作用在该截面上的正应力截面上的正应力有关！有关！ 岩石剪裂极限剪应力：岩石剪裂极限剪应力： n n10 岩石剪裂极限剪应力：岩石剪裂极限剪应力： n 上式可改写成上式可改写成 0n tan 剪破裂发生时的剪应力剪破裂发生时的剪应力 当当n时岩石的抗剪强度（又称岩石内聚力）时岩石的抗剪强度（又称岩石内聚力）n为剪裂面上的正应力。为剪裂面上的正应力。 为内摩擦角，tan该点剪应力：该点剪应力：n 为内摩擦系数。为内摩擦系数。11库仑剪破裂准则库仑剪破裂准则l剪裂面与“角”l内摩擦角l 共轭剪裂面之间的夹角l 应力分析中斜截面与主平面之间的夹角，或主应力与截面法线之间的夹角l 90l 45/2l 2 2 180l( 90)/2/2/2/2 最大剪应力作用面最大剪应力作用面主平面主平面45454545 实际破裂面实际破裂面 11213莫尔剪破裂准则莫尔剪破裂准则莫尔认为：同种岩石的内摩擦角并不是常数，而是随着围压的变化而改变的。nf(n) 包络线：不同围压下破包络线：不同围压下破裂极限莫尔圆相切的一裂极限莫尔圆相切的一对曲线。对曲线。14破裂准则评价l“准准则则”初初步步描描述述了了破破裂裂过过程程的的真真实实物物理理模模式式l“准则准则”与实验结果仍有较明显不一致与实验结果仍有较明显不一致预计的单轴抗压与抗张强度之比都过低预计的单轴抗压与抗张强度之比都过低莫尔包络线与实际的斜率不严格一致莫尔包络线与实际的斜率不严格一致l尽尽管管存存在在一一些些不不足足，“准准则则”仍仍然然是是较较为为合合乎乎实实际际的的，广广泛泛用用于于构构造造地地质质和和岩岩石石力力学学分分析析15三、三、 岩石的塑性变形机制岩石的塑性变形机制u岩石的塑性变形机制远比脆性变形机制岩石的塑性变形机制远比脆性变形机制复杂复杂u绝大部分塑性变形是通过矿物单晶晶内绝大部分塑性变形是通过矿物单晶晶内滑动或粒间滑动实现的滑动或粒间滑动实现的u塑性变形机制有多种，包括塑性变形机制有多种，包括晶内滑动和晶内滑动和颗粒变形，动态重结晶，粒间滑动等。颗粒变形，动态重结晶，粒间滑动等。16（一）晶内滑动和颗粒变形（一）晶内滑动和颗粒变形（一）晶内滑动和颗粒变形（一）晶内滑动和颗粒变形l晶内滑动沿晶体内部一定滑移系发生，由晶体结构所决定。滑移面通常为高原子离子密度面。滑移方向平行原子离子排列最密集的方向l石英底面（0001）17石英沿着0001的滑移，BD为滑动面，滑动面间距不变l晶内滑移使晶粒形状改变，结晶轴发生旋转晶内滑移使晶粒形状改变，结晶轴发生旋转,产生晶格优选方位产生晶格优选方位18晶内滑移并不是在整个面上同时发生的，而是在一晶内滑移并不是在整个面上同时发生的，而是在一个小的应力集中区（通常为晶体缺陷处）首先发个小的应力集中区（通常为晶体缺陷处）首先发生，然后，沿滑移面逐渐扩展。生，然后，沿滑移面逐渐扩展。当滑移的大小等于晶格内质点间距的整数倍时，滑移后晶体晶格不变。晶内滑移视频晶内滑移视频19（二）动态恢复和动态重结晶（二）动态恢复和动态重结晶（二）动态恢复和动态重结晶（二）动态恢复和动态重结晶l当温度较高或应变速率较低时，位错可以攀移当温度较高或应变速率较低时，位错可以攀移和比较自由地扩展。和比较自由地扩展。动态恢复20动态重结晶：变形过程中的重结晶。动态重结晶：变形过程中的重结晶。动态重结晶：变形过程中的重结晶。动态重结晶：变形过程中的重结晶。l高高应应变变能能储储存存在在变变形形晶晶粒粒边边界界和和局局部部高高位位错错密密度度处处，在在较较高高温温度度下下形形成成新新生生颗颗粒粒（核幔构造）（核幔构造）静态态重结晶：形成三连点。静态态重结晶：形成三连点。静态态重结晶：形成三连点。静态态重结晶：形成三连点。21（三）超塑性流动（三）超塑性流动颗粒边界滑动颗粒边界滑动l当岩石处在高温（0.5m）时可能发生粒间滑动l特点：应变量可极大Helvetic nappe，Alps,钙质糜棱岩的应变量可达到100:1(X/Z)颗粒本身变形微弱或没有变形无晶格优选方位无亚晶构造22