第章 地質(zhì)構(gòu)造的力學(xué)基礎(chǔ)

第三章地質(zhì)構(gòu)造分析的力學(xué)基礎(chǔ)(一）第一節(jié)應(yīng)力一、應(yīng)力概念二、主應(yīng)力、主應(yīng)力面和主應(yīng)力軸第二節(jié)應(yīng)力狀態(tài)分析

一、單軸應(yīng)力狀態(tài)分析二、雙軸應(yīng)力狀態(tài)的二維分析

*三、應(yīng)力狀態(tài)的三維分析四、應(yīng)力集中第三節(jié)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(一)、利用共軛(剪)節(jié)理測(cè)定σ1、σ2、σ3方位(二)、利用構(gòu)造縫合線測(cè)定σ1方位*（三)、利用張節(jié)理測(cè)定σ3方位3/22/20231第一節(jié)應(yīng)力

一、應(yīng)力概念(一)外力、內(nèi)力和應(yīng)力

力是物體間的相互作用，這種作用主要表現(xiàn)為改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括改變物體的形狀、大小、位置和運(yùn)動(dòng)速度等等。力對(duì)于物體的效應(yīng)決定于力的大小、方向和作用點(diǎn)三個(gè)因素，通稱為力的三要素。把力的大小和方向同時(shí)加以考慮的量稱為矢量，故力可以合成和分解。3/22/20232對(duì)于一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，另一個(gè)物體施加于該物體的力稱為外力。根據(jù)力的分布情況，外力可分為面力和體力兩種:面力是通過(guò)接觸面?zhèn)鬟f的，它只作用在物體表面上;體力是物體內(nèi)部每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)受到的外力作用，它的大小與質(zhì)量成正比,不是通過(guò)接觸傳遞而是間隔一定距離相互作用的，如重力、慣性力等。3/22/20233

內(nèi)力是指同一物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力。由于物體是由無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)所組成，它們?cè)谖词芡饬ψ饔脮r(shí)，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間就已存在著相互作用的內(nèi)力，它使各質(zhì)點(diǎn)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，并使物體保持一定的形狀，這種力稱為物體固有的內(nèi)力或自然狀態(tài)的粒子力。

3/22/20234

外力與內(nèi)力是一對(duì)相對(duì)的概念，當(dāng)研究范圍擴(kuò)大或縮小時(shí)，外力可以變?yōu)閮?nèi)力，內(nèi)力可以變?yōu)橥饬?。例如，?dāng)考察一個(gè)巖體內(nèi)的某個(gè)礦物顆粒的受力時(shí)，周圍顆粒對(duì)該顆粒的作用力是外力;當(dāng)研究對(duì)象是該巖體時(shí)，周圍顆粒與該顆粒之間的相互作用力變成了內(nèi)力，而圍巖對(duì)巖體的作用力是外力;當(dāng)研究的對(duì)象擴(kuò)展到該巖體所在板塊時(shí)，圍巖與該巖體之間的相互作用力又變成了內(nèi)力，而相鄰板塊對(duì)該板塊的作用力是外力。3/22/20235

當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間平衡狀態(tài)就發(fā)生變化，它們相互作用的內(nèi)力也隨之發(fā)生改變，直到達(dá)到一個(gè)新的平衡為止。這種內(nèi)力的改變量稱為附加內(nèi)力或派生粒子力。在內(nèi)力均勻分布的情況下作用于單位面積上的附加內(nèi)力稱為應(yīng)力，地球內(nèi)部單位面積上的附加內(nèi)力稱為地應(yīng)力。3/22/20236在內(nèi)力不均勻分布時(shí),可取極限求之:

⊿PM⊿A⊿N⊿T圖3-1截面微分面積上的內(nèi)力(3-2)3/22/20237（二）正應(yīng)力(σ)和剪應(yīng)力(τ)截面上的應(yīng)力是矢量，可以合成或分解。如圖3-2中的P就可以分解成兩個(gè)分量，其一垂直于截面n，以σ表示，另一個(gè)與截面相切，以τ表示。前者稱過(guò)m點(diǎn)n截面上的正應(yīng)力,后者稱過(guò)m點(diǎn)n截面上的剪應(yīng)力。nmpστ圖3-2截面上一點(diǎn)的應(yīng)力3/22/20238合應(yīng)力的法向分量稱為正應(yīng)力(σ)，也稱直應(yīng)力，地質(zhì)學(xué)中以正值（σ＞0）表示擠壓力，以負(fù)值(σ＜0)表示拉張力；切向分量稱為剪應(yīng)力(τ)，當(dāng)其有使物體反時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)取正值，有順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)取負(fù)值。3/22/20239應(yīng)力單位及其換算

應(yīng)力的國(guó)際單位為帕斯卡(Pascal)，簡(jiǎn)稱帕(Pa)，即N/m2。其他應(yīng)力單位換算成帕?xí)r可采用表3-1。1兆帕(MPa)1巴(bar)1大氣壓(Atm)公斤/厘米(kg/cm2)達(dá)因/厘米(dyn/cm2)帕(Pa)1061051.013×1059.807×10410-1表3-1常見(jiàn)應(yīng)力單位換算成帕的系數(shù)表3/22/202310二、一點(diǎn)的應(yīng)力力狀態(tài)為了分析物體內(nèi)內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力力狀態(tài)，可以設(shè)設(shè)想有一個(gè)平衡衡力系作用于一一個(gè)代表該點(diǎn)的的無(wú)限小立方體體上(圖3-3)，其三個(gè)邊分分別平行于直角角坐標(biāo)系的三根根軸X、Y、Z，作用于每個(gè)個(gè)面上應(yīng)力F均均可分解為一個(gè)個(gè)正應(yīng)力和一個(gè)個(gè)剪應(yīng)力，剪應(yīng)應(yīng)力又可分解為為分別平行于兩兩個(gè)坐標(biāo)方向的的兩個(gè)分量。這這樣，在立方體體各面上合計(jì)有有九個(gè)分量:3/17/202311σx，τxy,τxz(位于與X軸垂垂直的平面上)σy，τyx,τyz(位于與Y軸垂垂直的平面上)σz，τzx,τzy(位于與Z軸垂垂直的平面上)(上述各應(yīng)力的的下標(biāo)的第一個(gè)個(gè)宇母表示與應(yīng)應(yīng)力作用面的法法線平行的坐標(biāo)標(biāo)軸，第二個(gè)字字母表示與應(yīng)力力分量平行的坐坐標(biāo)軸，因此上上式左行也可分分別記為σxx、σyy、σzz)?？紤]到立方方體繞X、Y、、Z軸的力矩平平衡，即沒(méi)有旋旋轉(zhuǎn)，必須要求求τxy＝-τyx，τyz＝-τzy,，τxz＝-τzx，這樣，只須標(biāo)標(biāo)定六個(gè)分量就就可以確定該點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)了了。3/17/202312三、主應(yīng)力、主應(yīng)應(yīng)力面與主應(yīng)力軸軸彈性力學(xué)證明，當(dāng)當(dāng)物體受力處于平平衡狀態(tài)下，通過(guò)過(guò)物體內(nèi)任意點(diǎn)，，總可以取到這樣樣的單元體，在其其相互垂直的三個(gè)個(gè)面上除了正應(yīng)力力外，剪應(yīng)力均為零。這三個(gè)面上正應(yīng)應(yīng)力就稱為主應(yīng)力，主應(yīng)力作用的的的面稱主應(yīng)力面或主平面，主應(yīng)力作用方向向線稱主應(yīng)力軸，即主應(yīng)力面的法法線。σ2σ1σ3σ1σ2σ3圖3-3作用于于單元體的三個(gè)主主應(yīng)力ZYXσxσyτyxσzτxyτxzτzxτzyτyz3/17/202313三個(gè)主應(yīng)力一般不不相等，有最大主主應(yīng)力(σ1)、中間主應(yīng)力(σ2)、最小主應(yīng)力(σ3)之分，最大主應(yīng)力與最小小主應(yīng)力之差(σ1－σ3)稱應(yīng)力差或差(異異)應(yīng)力。若一個(gè)主應(yīng)力不等等于零，另二個(gè)主主應(yīng)力等于零，為單軸應(yīng)力狀態(tài);σ1≠0者為單軸擠壓，σ3≠0者為單軸拉伸若二個(gè)主應(yīng)力不等等于零，另一個(gè)主主應(yīng)力等于零，為為雙軸應(yīng)力狀態(tài);其中σ2=0則為平面應(yīng)力狀態(tài)。三個(gè)主應(yīng)力均不等等于零，為三軸應(yīng)力狀態(tài)；若三個(gè)主應(yīng)力相等等，即σ1=σ2=σ3≠0，稱均壓壓，即靜水壓力，3/17/202314第二節(jié)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)分析一、單軸應(yīng)力狀態(tài)態(tài)分析設(shè)作用于物體的外外力為P(圖3-4a)，在截面面mk的內(nèi)力Pα與左段平衡，即Pα＝P，垂直于作用用力的截面mk上上的主應(yīng)力σ1為(圖3-4b):圖3-4單軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)PPPPPαPαPnkmαmnmAαAkAασασα

στσ1mabcdnαk3/17/202315σ1=Pα/Ak式中的Ak為mk的面積積。截面mn與主主平面的交角角為α，截面面mn的合應(yīng)應(yīng)力σα(圖3-4d)為σα=Pα/Aα式中Aα為mn的面積積。設(shè)σ為合應(yīng)力σα的正應(yīng)力分量量，τ為剪應(yīng)力分量量，它們與主主應(yīng)力σ1的關(guān)系可由下下列運(yùn)算求證證3/17/202316(3-3)和和(3-4)式就是在單單向壓縮情況況下，彈性均均勻變形時(shí)，，正應(yīng)力σ、剪應(yīng)力τ和主應(yīng)力σ1的關(guān)系式，并并具有以下特特點(diǎn):(1)上述公公式適用于擠擠壓和拉伸，，(2)由公公式(3-3)看出，只只是在張應(yīng)力力情況下為負(fù)負(fù)號(hào)。1、當(dāng)α=0°時(shí)，cos2α=1，則σ=σ1;sin2α=0，τ=0。所以在與擠壓方向垂直的截截面上正應(yīng)力最大，，與拉伸方向垂直的截截面上正應(yīng)力最小。與擠壓或拉伸伸方向垂直的截截面上無(wú)剪應(yīng)力;2、當(dāng)α=45°時(shí)，，sin2α=l，則τ=1/2σ1，當(dāng)α大于或小于45°，sin2α＜l。所以，，在與擠壓或或拉伸方向呈呈45°交角角的截面上剪剪應(yīng)力最大。。這種截面稱稱為最大剪切面。3、當(dāng)α=90°時(shí),σ=0，τ=0，亦即在在平行于作用用力的截面上上既無(wú)正應(yīng)力力，也無(wú)剪應(yīng)應(yīng)力。3/17/202317為了綜合表表述任意方方向截面上上正應(yīng)力和和剪應(yīng)力的的大小及其其與主應(yīng)力力的關(guān)系，，可將(3-3)式式兩邊移項(xiàng)項(xiàng)平方及(3-4)式兩邊平平方，而后后再相加，，得:3/17/202318(3-5)式為直角角坐標(biāo)中圓圓的方程式式，其圓心心坐標(biāo)為(1/2σ1，0)半徑徑為1/2σ1(圖3-5)，該圓圓稱莫爾應(yīng)應(yīng)力圓，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱莫爾圓或應(yīng)力圓。需注意的是，圖圖上的坐標(biāo)是應(yīng)應(yīng)力分量，在這這個(gè)圓上的任何何一點(diǎn)的坐標(biāo)值值(σα,τα)代表作用在某某個(gè)截面上的應(yīng)應(yīng)力分量。αα角是截面法線線與σ1的交角，垂直于于σ1的截面α=0，，以圓上A點(diǎn)點(diǎn)表之，其上正正應(yīng)力為σ1，剪應(yīng)力為零。。在α≠0的其他任意斜斜截面上的正應(yīng)應(yīng)力與剪應(yīng)力可可由所在應(yīng)力圓圓上相應(yīng)各點(diǎn)的的坐標(biāo)給出。隨隨著α角增加，，截面上的應(yīng)力力分量沿著圓周周按同一方向從從A點(diǎn)轉(zhuǎn)向O點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)α=90°時(shí)σα=0，τα=0，就是圓上上的O點(diǎn)。在物物體內(nèi)經(jīng)過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)可作無(wú)窮多個(gè)個(gè)截面，每一個(gè)個(gè)截面上的應(yīng)力力分量都對(duì)應(yīng)于于圓上的一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)，也就是說(shuō)這這個(gè)圓代表了物物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)。因此此，應(yīng)力圓是表表示點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的最有效的圖圖示3/17/202319圖3-5單軸莫莫爾應(yīng)力圓Oσ2=0τσDD′c(1/2σ1,0)α2αA(τασα)(σ1,0)3/17/202320應(yīng)力圓有有下列一一些性質(zhì)質(zhì):(1)應(yīng)力圓代表物體體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)。應(yīng)力圓圓圓周上任任意點(diǎn)代表該點(diǎn)點(diǎn)某一方向向的截面面的應(yīng)力力分量σα和τα(2)兩兩個(gè)相互互垂直的的截面上上的應(yīng)力力分量對(duì)對(duì)應(yīng)于應(yīng)應(yīng)力圓直直徑的兩兩個(gè)端點(diǎn)點(diǎn)。例如如圖3-6中與與cd截截面相垂垂直的截截面，它它的內(nèi)法法線方向向m與σ1的夾角為為90°°+α,從(3-3)和和(3-4)式式可得:圖3-6相互垂垂直截面面上的應(yīng)應(yīng)力分布布3/17/202321σσ1ττα2αEDD′αΑFc0σασβτβBΒ=90°+αYNαασ1Xσ1σαmnmταnNβ3/17/202322這個(gè)性質(zhì)表明經(jīng)過(guò)同一點(diǎn)的兩個(gè)個(gè)相互垂直的面上上的剪應(yīng)力，總是是大小相等，符號(hào)號(hào)相反的。這一規(guī)律被稱為剪應(yīng)力互等定理或剪應(yīng)力成對(duì)定理理。3/17/202323另外將(3-8)和和(3-6)兩式相相加得σα+σβ=σ1………………..(3-11)這表明兩個(gè)互相垂垂直截面上上的正應(yīng)力力之和等于常數(shù)(不不隨α值改變)。(3)從應(yīng)力圓上上可看出τα的最大值就是圓的半半徑，等于于1/2σ1。它作用在在法線與主主應(yīng)力σ1成±45°°的截面上上，而且兩兩個(gè)最大剪剪應(yīng)力作用用面相互垂垂直，稱(一對(duì))共軛剪面。(4)從應(yīng)力圓上上可以看出出最大和最小正應(yīng)力力分別在A點(diǎn)點(diǎn)和0點(diǎn)，，在對(duì)應(yīng)于于A、O兩兩點(diǎn)的截面上剪應(yīng)應(yīng)力均等于于零。3/17/202324二、雙軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的的二維分析析當(dāng)單元體同同時(shí)受到兩兩個(gè)相互垂垂直的正應(yīng)應(yīng)力σ1與σ2作用時(shí)(即即σ1＞σ2,σ3=0)，該該物體即處處于雙軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)中中(圖3-7a)?！，F(xiàn)求解任任意截面mn上的應(yīng)應(yīng)力。為演演算方便起起見(jiàn)，采用用力的疊加加原理(即即運(yùn)用應(yīng)力力疊加法)求解，而而不用平衡衡方程法求求解。這樣樣就可利用用在單軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)已已求得的公公式，分別別求出作用用于截面上上的應(yīng)力，，然后相加加求得。3/17/202325圖3-7雙雙軸應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)應(yīng)力疊加法分析析圖解首先，單元體在在應(yīng)力內(nèi)的作用用下(圖3-7b)，截面mn上的正應(yīng)力力σα和剪應(yīng)力τα可按公式(3-3)和(3-4)求得αααnmnmnm圖3-7雙雙軸應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)應(yīng)力疊加法分析析圖解σ1σ2σ1σ2τασασ2ασ1τβσβααβ=90°+ααbac3/17/202326疊加后截面mn上的剪應(yīng)力為為:τ=τα+τβ,即(3-9)式加(3-7式):其次，該單元元體又受到應(yīng)應(yīng)力σ2的作用，并σ2與截面mn法線的交角為為β=90°+αα。(圖3-7c)，截面mn上的正應(yīng)力σβ和剪應(yīng)力τβ也可由公式(3-6)和和(3-7)給出。疊加加后截面mn上的正應(yīng)力為為:σ=σα+σβ，即(3-8)式加(3-6)式:3/17/202327(3-12)和(3-13)式兩邊邊移項(xiàng)平方后后相加得:(3-14)式是一個(gè)圓圓方程，表示示圓心在(,0)，，半徑為的的一個(gè)應(yīng)力力圓(圖3-8)。3/17/202328在σ軸上按比例取OA=σ1，OB=σ2，以C(OC=)為圓圓心即可作出雙軸軸應(yīng)力圓。不難看出，單軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)(OB=σ2=0,B點(diǎn)與0點(diǎn)點(diǎn)重合)是以AO為直徑的雙軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的一種特特例。圖3-8雙軸軸應(yīng)力圓3/17/202329假設(shè)單元體某一截截面的法線與主應(yīng)應(yīng)力σ1的交角為α,在應(yīng)應(yīng)力圓上自A點(diǎn)取取圓心角ACD=2α,則圓上的的D點(diǎn)的坐標(biāo)OE和DE分別等于于截面上的正應(yīng)力力σα和剪應(yīng)力τα,即(3-12)和(3-13)兩式所表示的σ和τ的數(shù)值。雙軸應(yīng)力圓有如下下特征:(1)從圖3-8可見(jiàn)，A點(diǎn)的正正應(yīng)力最大(即σ1)，B點(diǎn)的正應(yīng)力力最小(即σ2)，兩點(diǎn)所代表的的截面上均無(wú)剪應(yīng)應(yīng)力;其他各點(diǎn)所所代表的截面上既既有正應(yīng)力，又有有剪應(yīng)力，正應(yīng)力力的值在σ1與σ2之間。3/17/202330(2)最大剪應(yīng)應(yīng)力是在與主應(yīng)應(yīng)力成45°和和135°的兩兩個(gè)截面上，也也就是平分兩個(gè)主應(yīng)力力方向的兩個(gè)截面上，，其大小等于(即主應(yīng)力力差值之半)，，但符號(hào)相反。。(3)當(dāng)主應(yīng)力力σ1和σ2大小相等而符號(hào)相反時(shí)，其應(yīng)力圓是一一個(gè)圓心在坐標(biāo)標(biāo)原點(diǎn)，半徑為為σ1的圓。在與σ1方向呈±45°°的截面上，剪剪應(yīng)力τ=σ1，但正應(yīng)力σ=0°這種應(yīng)力狀狀態(tài)在材料力學(xué)學(xué)中稱作純剪應(yīng)力狀態(tài)(圖3-9)。3/17/202331圖4-9純剪應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)單元體體的主應(yīng)力和應(yīng)應(yīng)力圓圖解3/17/202332圖3-10代代表各各種可能能的二維維應(yīng)力圓圓(據(jù)MeanS，1976)A－靜水水拉伸；；b－一一般拉伸伸;c－－單軸拉拉伸;d－拉伸伸壓縮;e－純純剪應(yīng)力力;f－－單軸壓壓縮；g－一般般壓縮;h－靜靜水壓縮縮abcdefgh3/17/202333三、應(yīng)力狀狀態(tài)的三維維分析應(yīng)力狀態(tài)的的三維分析析可應(yīng)用于于雙軸應(yīng)力力狀態(tài)。例例如在雙軸軸應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下σ3雖為零，但但卻仍是數(shù)數(shù)學(xué)上的一一個(gè)“量””。因此，，可以畫出出不同于二二維分析中中的應(yīng)力圓圓(圖3-11a)。σs最大剪應(yīng)力力=σ1/2σNσ3σ2σ1abσNσsσ3=-σ1最大剪應(yīng)力力=σ1σ2σ1圖3-11雙軸擠壓壓應(yīng)力圓(a)與純純剪應(yīng)力圓圓(b)3/17/202334下面簡(jiǎn)略介介紹三軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)三三維分析的的應(yīng)力圓概概念。為了便于分分析，在處處于三軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的的物體中，，可以找出出一種特殊殊方位的單單元體(圖圖3-12)。這種種單元體的的表面上只只有主應(yīng)力力作用。當(dāng)當(dāng)σ1＞σ2＞σ3時(shí)，包含任任一主應(yīng)力力軸的各截截面上正應(yīng)應(yīng)力和剪應(yīng)應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)主應(yīng)力的的關(guān)系，可可以據(jù)上述述雙軸應(yīng)力力狀態(tài)的分分析，從(3-12)和(3-13)二式分別別求出。3/17/202335圖3-12三軸應(yīng)力力狀態(tài)單元元體的主應(yīng)應(yīng)力和應(yīng)力力圓3/17/202336在與主應(yīng)力力σ2軸平行的多多個(gè)截面的的應(yīng)力，例例如圖3-12的ⅠⅠ(圖3-12a)面僅與與σ1、σ3所決定的應(yīng)應(yīng)力圓(ⅠⅠ)上的一一點(diǎn)D(圖圖3-12d)相對(duì)對(duì)應(yīng)，該點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)就就是此截面面上的應(yīng)力力。當(dāng)截面面與σ1、σ3成45°時(shí)時(shí)，其正應(yīng)應(yīng)力和剪應(yīng)應(yīng)力為：3/17/202337同理，可可求出與與σ3、σ1平行的備備截面上上的應(yīng)力力(圖3-12b、c及d圖圖上圓ⅡⅡ與圓ⅢⅢ上的點(diǎn)點(diǎn))。與與三個(gè)主主應(yīng)力軸軸不平行行的其他他任意截截面上的的應(yīng)力則則對(duì)應(yīng)于于圖3-12d中陰影影域中的的點(diǎn)，其其確定方方法較繁繁，在構(gòu)構(gòu)造地質(zhì)質(zhì)學(xué)的一一般研究究中很少少進(jìn)行這這樣的分分析。3/17/202338四、應(yīng)力力集中受力物體體的應(yīng)力力分布狀狀況不僅僅隨外力力的性質(zhì)質(zhì)、大小小和方向向以及截截面方位位的不同同而變，，而且還還同物體體本身的的結(jié)構(gòu)有有關(guān)。材材料力學(xué)學(xué)研究表表明，如如果物體體內(nèi)部存存在空洞洞、微裂裂隙或截截面方位位發(fā)生急急劇改變變時(shí)，則則會(huì)造成成應(yīng)力的的局部劇劇增，這這種現(xiàn)象象稱應(yīng)力集中中，受力物物體往往往在應(yīng)力力集中處處首先開開始破壞壞。材料力學(xué)學(xué)研究中中，通常常以應(yīng)力力集中系系數(shù)σk表示應(yīng)力力集中的的程度。。圖3-13例例舉材料料內(nèi)一圓圓孔附近近的應(yīng)力力集中現(xiàn)現(xiàn)象，其其最大應(yīng)應(yīng)力σmax與該方向向上的主主應(yīng)力σ(或平均均主應(yīng)力力)之比比為σk(即σk=σmax/σ)。地質(zhì)質(zhì)上常以以光彈模模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)形象地地反映應(yīng)應(yīng)力集中中現(xiàn)象。。3/17/202339地殼中的的巖石并并非完整整無(wú)缺的的，在外外力作用用下，其其內(nèi)部某某些部位位極易產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)力力集中現(xiàn)現(xiàn)象，巖巖塊內(nèi)部部若有早早期的裂裂隙和斷斷裂存在在，受力力后，就就會(huì)在裂裂隙的端端點(diǎn)(圖圖3-14)、、斷裂的的端點(diǎn)、、拐點(diǎn)、、尖滅點(diǎn)點(diǎn)、交匯匯點(diǎn)、分分叉點(diǎn)或或弧形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折拐角角的外側(cè)側(cè)等部位位出現(xiàn)應(yīng)應(yīng)力集中中現(xiàn)象。。若外力力不斷增增加，應(yīng)應(yīng)力集中中也隨之之增強(qiáng)，，最后可可導(dǎo)致材材料首先先在應(yīng)力力集中處處破壞。。由于地地殼無(wú)時(shí)時(shí)無(wú)刻不不在變動(dòng)動(dòng)，因此此地殼內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力力集中也也由小到到大，當(dāng)當(dāng)其積累累到超過(guò)過(guò)巖石所所能承受受的限度度時(shí)，就就會(huì)使那那一部分分巖石產(chǎn)產(chǎn)生破裂裂而釋放放出大量量能量，，地震往往往由此此產(chǎn)生。。3/17/202340第三節(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)物理量的空間間分布就是““場(chǎng)”。前面面的分析，考考慮的是一點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)態(tài)，但構(gòu)造應(yīng)力的作作用在一地質(zhì)質(zhì)時(shí)期的某一一空間內(nèi)是有有變化的，用用矢量場(chǎng)(方位及大小小)可以表示示這種變化，，這就是某區(qū)區(qū)城的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。通常用主應(yīng)應(yīng)力方向連成成的軌跡表示示，稱應(yīng)力軌軌跡或應(yīng)力跡跡線(如圖圖3－14所所示)。3/17/202341圖3-13材料料圓孔附近近的應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象圖4-14單向壓力力下斷裂端點(diǎn)應(yīng)力集集中現(xiàn)象的的光彈實(shí)驗(yàn)驗(yàn)(據(jù)孫巖等等，1981)P一作用力力;AB一一微斷裂(曲線為等等差干涉條條紋，條紋紋密集部位位表示應(yīng)力力集中區(qū))3/17/202342構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是由由一定的地殼或或巖石圈的運(yùn)動(dòng)動(dòng)所引起的，并并由此產(chǎn)生了一一系列巖石變形形，因此利用構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)可系系統(tǒng)闡明巖石變變形的原因及其其時(shí)空分布規(guī)律律，揭示引起巖巖石變形的地殼殼運(yùn)動(dòng)方式，并并有助于從總體體上、成因上深深入認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)構(gòu)造特征及其發(fā)發(fā)育規(guī)律。國(guó)外60年代初初期就已開始古古構(gòu)造應(yīng)力的研研究，我國(guó)70年以來(lái)也開展展此項(xiàng)研究(盧盧華復(fù)等，1978;萬(wàn)天豐豐，1981，，1988;盧盧華復(fù)等，1984;俞鴻年年等，1987)。由于古應(yīng)應(yīng)力不能直接測(cè)測(cè)量，能從研究究這些應(yīng)力作用用產(chǎn)生的構(gòu)造入入手，而且往往往只能進(jìn)行主應(yīng)應(yīng)力方位的測(cè)定定。應(yīng)力大小一一般可通過(guò)光彈彈模擬給出相對(duì)對(duì)的概念。因此此，對(duì)于脆性變變形構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)的研究目前還還不能完全定量量。3/17/202343對(duì)于韌性變形構(gòu)造造應(yīng)力場(chǎng)的研究，，可通過(guò)糜棱巖的的顯微、超微構(gòu)造造(如位錯(cuò)密度、、亞顆粒和重結(jié)晶晶顆粒的大小等)估算其主應(yīng)力大大小(即差異應(yīng)力力σ1－σ3);主應(yīng)力軸方位位則需通過(guò)巖組學(xué)學(xué)方法所獲大量資資料進(jìn)行分析，但但其結(jié)果往往只具具有局部性意義(具體內(nèi)容可參閱閱鄭亞?wèn)|等(1985)、何永年年等(1988)二書)。3/17/202344下面簡(jiǎn)要介紹利用用小構(gòu)造測(cè)定主應(yīng)應(yīng)力軸方位的方法法。(一)、利用共軛軛(剪)節(jié)理測(cè)定定σ1、σ2、σ3方位共軛節(jié)理是由成對(duì)對(duì)發(fā)育的最大剪面面進(jìn)一步發(fā)展而成成(見(jiàn)本章第二節(jié)節(jié))，它是一種小小型構(gòu)造，分布廣廣，數(shù)量大，且常常可見(jiàn)到節(jié)理兩側(cè)側(cè)巖石的剪切旋向向，據(jù)此可確定σ1、σ3方位，σ2方位則平行于共軛軛的兩組剪節(jié)理的的交線。兩條不相平行的剪剪節(jié)理，如其同時(shí)時(shí)形成，則其旋向向必定是一為左行行，一為右行，從從而構(gòu)成兩對(duì)對(duì)頂頂象限，其中一對(duì)對(duì)對(duì)頂象限為擠壓壓象限，其分角線線為σ1，另一對(duì)為拉伸象限限，其分角線為σ3。運(yùn)用此法關(guān)鍵在于于確定二相交的剪剪節(jié)理是否同時(shí)形形成，即是否呈““共軛”關(guān)系，第第十章將予深入分分析。此外，由于于共軛節(jié)理屬小型型構(gòu)造，即使在一一小區(qū)域內(nèi)，其