（1）改写为

（3） （4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
岩石具有非常缓慢的流动性。
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
岩石弹性变形通常表现为滞弹性（anelastic）。 岩石的滞弹性具有重要意义，上地幔的地震波衰 减就被认为与岩石的滞弹性有关。
理想塑性材料的力学行为
σy

岩石变形的应力－应变曲线
韧性和塑性区别
韧性（延性）是用来描述允许大应变，以宏观均质 变形为特征，而不管所包括的微观变形机制如何的 流变性质。
塑性是一种永久变形，它涉及晶内的位错运动的微 观机制，可能还包括扩散。
岩石变形机制通常有三种： （1）碎裂机制（cataclasis）； （2）晶内塑性（intracrystalline plasticity） （3）物质扩散流动（flow by diffusive mass transfer）
岩的挤压强度是页岩挤压强度的8倍； 岩石的结构构造不同（层理引起的力学各
向异性）； 不同岩石剪切破裂角有明显变化。
岩石材料分类
岩石材料在力学上可以分为均匀和非均匀材料。 均匀材料在力学上是各向同性的或各向异性的。 力学性质各向异性是指物体内同一点各个方向上力学性
脆－韧性转化－从宏观上描述 脆－塑性转化－从微观机制上描述 脆－塑性转换域是一个十分重要的问题，
地球上大部分地震都发生在脆－塑性转换 域的深度。
世界上一些地区地震震源深度分布柱状图 （据Maggi et al., 2000a）
岩石力学性质的一些基本概念（三）
流体粘性是流体内部各流层之间相对滑动时，层面间存在一种内摩擦效应。
塑性变形是指物体在外力施加的同时产生变形， 但在外力解除之后，变形永远不会自动恢复的这 种性能，具有这种性能的物体称为塑性体，它的 变形称为塑性变形。
在应力不超过某一临界值σy的条件下，理想塑性 材料可以持续永久变形，在这一临界值之下，材 料不发生变形。
岩岩石石变变形形的的应应力力－－应应变变曲曲线 线
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
τ=ηdů/dy η粘度（Pa·s） （1）u d （2）
dydyt dty dt
既具有弹性，又能发生粘性流动的材料，称为粘弹 性，它所表现的力学性质，称为粘弹性。如蛋清就 是一种粘弹性体。
岩石在长期力作用下是一种同时具有弹性和塑性的 物质，这种弹性和塑性是指在弹性范围内显现的弹 性和塑性；当岩层具有高度塑性时还能发生半粘性 流动。
岩石也是一种粘弹性体，它不像蛋清这样明显，这主要 是它的流动需要在长时间载荷下表现出来。对于固体或 流体而言，温度越高，粘度越低，反映易流动性越大。
脆性变形
天然岩石变形
塑性变形
实验室岩石变形实验
0.1MPa高温流变仪
样品装置示意图
岩石力学性质的一些基本概念（一）
弹性变形：指物体在外力作用下变形，当外力除 去后物体能完全恢复原状。具有这种性能的物体 称为弹性体，它的变形称为弹性变形。弹性分理 想弹性和非理想弹性。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
影响岩石力学性质的因素
应力→应变→岩石力学性质 →影响因素
应力和应变是岩石或地块在外界力影响下的重要响应。应力是物 理方面的反映之一，应变是几何学方面的反映之一；
岩石力学性质－是指在应力和应变作用下，岩石出现塑性变形或 脆性变形（破裂）的条件；
岩石力学性质是约束岩石变形和构造几何特征的重要条件。例如 同样的压应力作用在不同岩层上，力学表象不同： 在柔性岩层中→褶皱构造 在相对硬岩层中→断裂构造 在软硬相间岩层中→香肠构造
滞弹性（anelastic）
岩石变形的应力－应变曲线
随着变形继续，应力－ 应变曲线斜率变小，这 时如果撤除应力，曲线 并不回到原点，而与e 轴交于e1，说明试样由 于超出其弹性极限而发 生了永久变形。这个极 限点的应力叫屈服应力 σy（yield stress）。
岩石力学性质的一些基本概念（二）
影响岩石力学性质的因素
各向异性对岩石力学性质的影响； 围压对岩石力学性质的影响； 温度对岩石力学性质的影响； 孔隙流体对岩石力学性质的影响； 时间因素对岩石力学性质的影响。 总之，岩石的变形是环境、时间和材料的函数。
岩性和各向异性的影响
岩石组成的成分不同的影响； 不同岩石具有不同的力学强度，例如花岗
第五章 岩石力学性质
岩石力学性质是岩石受力作用下的反映。 岩石力学性质是指岩石变形特征及岩石的
力学强度。 岩石变形与岩石本身力学性质有密切关系。
为什么要研究岩石的力学性质？
脆性变形
韧性变形
岩石力学性质研究的途径
（1）观察天然岩石的力学现象（天然露头等）； （2）实验室内对岩石进行变形实验； （3）在野外对岩体进行实地试验； （4）理论分析和数值模拟。