完拉超依职出技术学院 aramay Vocational Technical College 构造地质学 岩石的变形习性及 影响因素 克拉玛依职业技术学院 石油工程系 2021年3月
构造地质学 克拉玛依职业技术学院 石油工程系 2021年3月 岩石的变形习性及 影响因素
光性超职出技术学院 Karamay Vocational Technical College 构造地质学 一、岩石的变形习性 (一)岩石变形的阶段 有关岩石在应力作用下的变形行 为的多数资料是通过岩石变形实验得 来的，岩石在外力的作用下，一般都 会经历弹性变形、塑性变形、断裂变 形等三个阶段。这三个阶段依次发生， 但不是截然分开的，而是彼此过渡的。 由于岩石力学性质不同，不同岩石的 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线 O。一比例极限，0y一弹性极限；σ，一屈服极 三个变形阶段的长短和特点也各不相 限，σa一强度极限 同
构造地质学 （一） 岩石变形的阶段 有关岩石在应力作用下的变形行 为的多数资料是通过岩石变形实验得 来的，岩石在外力的作用下，一般都 会经历弹性变形、塑性变形、断裂变 形等三个阶段。这三个阶段依次发生， 但不是截然分开的，而是彼此过渡的。 由于岩石力学性质不同，不同岩石的 三个变形阶段的长短和特点也各不相 同。 一、岩石的变形习性 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线
完丛超依职出技术学院 aramay Vocational Technical College 构造地质学 1.弹性变形 (1)弹性变形的概念 岩石在外力作用下变形，当外力解除后，岩石又恢复到变形前的 状态，这种变形行为叫弹性变形。 (2)弹性变形的特点 D 应力和应变呈线性关系，符 合胡克定律： 0 o=Ee 式中o为应力，e为应变， E为弹性模量 图1韧性材料拉伸时的应力应变曲线 O。一比例极限，Oy一弹性极限，σ，一屈服极 限，σB一强度极限
构造地质学 1. 弹性变形 (1) 弹性变形的概念 岩石在外力作用下变形，当外力解除后，岩石又恢复到变形前的 状态，这种变形行为叫弹性变形。 式中σ为应力，e为应变， E为弹性模量 (2) 弹性变形的特点 应力和应变呈线性关系，符 合胡克定律: σ=Ee 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线
光挂超职出技术学院 Karamay Vocational Technical College 构造地质学 1.弹性变形 D 线段0B弹性变形阶段：在岩石变形 9 的初期阶段，应力应变图上为一段斜 率较陡的直线0A,说明应力与应变成 正比，与A点对应的应力值σ，为比例 极限。 图1韧性材料拉伸时的应力应变曲线 O。一比例极限，Oy一弹性极限；σ，一屈服极 限，Oa一强度极限 线段AB为曲线，这时应力与应变不成比例，与B点对应的应力值σ，为 弹性极限。 在B点前撤除应力，岩石可恢复到变形前的形态
构造地质学 1. 弹性变形 线段0B弹性变形阶段：在岩石变形 的初期阶段，应力应变图上为一段斜 率较陡的直线0A，说明应力与应变成 正比，与A点对应的应力值σa为比例 极限。 线段AB为曲线，这时应力与应变不成比例，与B点对应的应力值σy为 弹性极限。 在B点前撤除应力，岩石可恢复到变形前的形态。 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线
§4.2变形分析 技术学院 Karamay Vocational Technical College 构造地质学 2.塑性变形 (1)塑性变形的概念 物体受力变形，当作用力超过物体的弹性极 限，在物体中产生永久性不可恢复的变形。 (2)塑性变形的特点 BD曲线为塑性变形阶段。应力与应变呈 非线形关系，当外力解除之后物体也不能恢复 原状。在应力一应变图上，从B点开始，受力物 体进入塑性变形阶段，过B点后，曲线显著弯曲， 当达到C点后，曲线变成近水平状态，这意味着 即使载荷增加很少，甚至没有增加载荷的情况 下，变形也会显著增加，此时岩石抵抗变形的 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线 能力很弱，这种现象称为屈服或塑性流变，C点 0。一比例极限，Oy一弹性极限；0，一屈服极 限，σB一强度极限 为屈服点，对应该点的应力值σ称屈服极限。 过C点后应力缓慢增加，一直到D点，应力值增 加到最大值
构造地质学 2. 塑性变形 (1) 塑性变形的概念 物体受力变形，当作用力超过物体的弹性极 限，在物体中产生永久性不可恢复的变形。 §4.2 变形分析 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线 (2) 塑性变形的特点 BD 曲线为塑性变形阶段。应力与应变呈 非线形关系，当外力解除之后物体也不能恢复 原状。在应力－应变图上，从B点开始，受力物 体进入塑性变形阶段，过B点后，曲线显著弯曲， 当达到C点后，曲线变成近水平状态，这意味着 即使载荷增加很少，甚至没有增加载荷的情况 下，变形也会显著增加，此时岩石抵抗变形的 能力很弱，这种现象称为屈服或塑性流变，C点 为屈服点，对应该点的应力值σg称屈服极限。 过C点后应力缓慢增加，一直到D点，应力值增 加到最大值
光性超职出技术学院 Karamay Vocational Technical College 构造地质学 3. 断裂变形 (1)断裂变形的概念 外力达到或超过受力物体的强度极 限，物体的内聚力遭到破坏而产生破裂， 叫做断裂变形。 (2)断裂变形的特点 应力与应变呈非线性关系，受力物 体失去连续性。 在应力一应变图上，D点即为岩石的 强度极限点，对应该点的应力值s为强 图1韧性材料拉伸时的应力应变曲线 度极限，过D点后，应力下降较快，岩石 0。一比例极限，Oy一弹性极限，一屈服极 产生破裂，失去连续完整性。 限，OB一强度极限
构造地质学 3. 断裂变形 (1) 断裂变形的概念 外力达到或超过受力物体的强度极 限，物体的内聚力遭到破坏而产生破裂， 叫做断裂变形。 (2) 断裂变形的特点 应力与应变呈非线性关系，受力物 体失去连续性。 在应力－应变图上，D点即为岩石的 强度极限点，对应该点的应力值sD为强 度极限，过D点后，应力下降较快，岩石 产生破裂，失去连续完整性。 图1 韧性材料拉伸时的应力应变曲线
完丛超旅职出技术学恍 aramay Vocational Technical College 构造地质学 岩石在外力的作用下抵抗破坏的能力称为强度，同一岩石的强度， 在不同性质的应力作用下，差别较大。 常温常压下一些岩石的强度极限 岩石 抗压强度MPa) 抗张强度(IP 抗剪强度MPa) 花岗岩 14837-379) 3-5 15-30 大理岩 10231-262) 3-9 10-30 石灰岩 96 (6-360) 3一6 12-20 砂岩 74 (11-252) 1-3 5-15 玄武岩 275(200一350) 10 页岩 20=80 2 岩石的抗压强度>抗剪强度>抗张强度
构造地质学 岩石在外力的作用下抵抗破坏的能力称为强度，同一岩石的强度， 在不同性质的应力作用下，差别较大。 常温常压下一些岩石的强度极限 岩石 抗压强度 (MPa) 抗张强度 (MPa) 抗剪强度 (MPa) 花岗岩 148 (37－379) 3－5 15－30 大理岩 102 (31－262) 3－9 10－30 石灰岩 96 (6－360) 3－6 12－20 砂岩 74 (11－252) 1－3 5－15 玄武岩 275 (200－350) 10 页岩 20－80 2 岩石的 抗压强度>抗剪强度>抗张强度
光挂超职出技术学院 Karamay Vocational Technical College 构造地质学 岩石的力学性质： 在斯裂作用以前的 脆性：岩石在弹性变形 典型应变（百分数 10 阶段后至断裂前，没有或 压绵 只有极小的塑性变形(《3 拉伸 -5%)。 01<01=2 8 脆性一韧性：岩石在断 型的应力一应 tc1-0 裂前塑性变形的应变量为 5一8%。 脆性 龙性一切性过浅— 韧性：岩石在断裂前的 韧性 图2从完全脆性到完全韧性的性能变化系列示意图 塑性变形量超过10%。 (引自Griggs和Handin,1960) 表示碎裂前的典型应变以及典型拉伸和压缩时的应力应变曲线。竖线部分表明每种情况的内部变化和第3、内 第5种情况之间的重叠
构造地质学 岩石的力学性质: 脆性: 岩石在弹性变形 阶段后至断裂前，没有或 只有极小的塑性变形(<3 －5%)。 脆性－韧性: 岩石在断 裂前塑性变形的应变量为 5－8%。 韧性: 岩石在断裂前的 塑性变形量超过10%。 图2 从完全脆性到完全韧性的性能变化系列示意图
完丛超依职出技术学院 aramay Vocational Technical College 构造地质学 二、 影响岩石变形习性的因素 (一)岩石本身的影响因素 岩石的力学性质主要取决于其成分、结构、构造等内在因素， 由于其成分和结构等的不同，表现出不同的强度。 一般来讲，含硬度大的粒状矿物越多的岩石，强度越大往往呈脆性 变形，如石英砂岩、花岗岩等；含硬度小的片状矿物、尤其含具有滑感 的鳞片状矿物越多的岩石，强度越小，往往呈韧性变形，如粘土岩、片 岩等。岩石中含较高的化学性质不稳定的矿物和易溶于水的盐类（如黄 铁矿、盐岩、石膏等)，也会降低岩石的强度，如灰岩、泥灰岩及岩盐 类等岩石则表现为弹-塑性性质
构造地质学 二、影响岩石变形习性的因素 （一）岩石本身的影响因素 岩石的力学性质主要取决于其成分、结构、构造等内在因素， 由于其成分和结构等的不同，表现出不同的强度。 一般来讲，含硬度大的粒状矿物越多的岩石，强度越大往往呈脆性 变形，如石英砂岩、花岗岩等；含硬度小的片状矿物、尤其含具有滑感 的鳞片状矿物越多的岩石，强度越小，往往呈韧性变形，如粘土岩、片 岩等。岩石中含较高的化学性质不稳定的矿物和易溶于水的盐类（如黄 铁矿、盐岩、石膏等），也会降低岩石的强度，如灰岩、泥灰岩及岩盐 类等岩石则表现为弹-塑性性质
光挂超职出技术学院 Karamay Vocational Technical College 构造地质学 、二)外界环境的影响因素 1.围压（静水压力）对变形的影响 岩石处于地下深处时，承受着周围岩体对它施加的围压，岩石所处深度越 大，围压就越大，增大围压的效应一方面增大了岩石的强度极限，另一方面增 大了岩石的韧性。 800 400 145 600 125 图3在不同围压下 .50 对白云岩进行压缩实 400 验的应力-应变曲线 (据王仁等，1981) 200 (曲线上注的数为围 压数，单位为MPa) 应变e,%
构造地质学 1．围压(静水压力)对变形的影响 岩石处于地下深处时，承受着周围岩体对它施加的围压，岩石所处深度越 大，围压就越大，增大围压的效应一方面增大了岩石的强度极限，另一方面增 大了岩石的韧性。 （二）外界环境的影响因素 图3 在不同围压下 对白云岩进行压缩实 验的应力-应变曲线 （据王仁等，1981） （曲线上注的数为围 压数，单位为MPa）