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构造地质学
第二章
可归纳为两大类：均匀变形和非均匀变形
• 均匀变形指变形物体内各部分变形性质、
方向和大小都相同的变形。
• 非均匀变形指变形物体内各部分变形性质、
方向和大小均不相同的变形。
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第二章
2. 应变
应变是变形量大小的量度，用来度量变形
物体的体积或形状的改变量。 2.1 线应变 物体变形前后的相对伸长或缩短称为线应变。
• 双轴应力状态： • 三轴应力状态：
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图2-3 三种应力状态 （a）单轴应力状态；（b）双轴应力状态；（c）三轴应力状态
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3. 单轴应力分析
在单轴应力状态下，变形物体中任意
斜截面上的正应力、剪应力与主应力σ1之
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下面所涉及的内力指的都是附加内力。
内力随外力的改变而改变，但是这种改变
有一定的限度。当外力增加到一定程度时，物体
遭到破坏而失去平衡。地质构造就是岩层或岩体 受力后发生变形与破裂的结果。
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• 1.2 应力
应力是指物体单位面积上的内力（单位：Pa）。
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• 2.2 剪切应变
物体在剪切力的作用下发生变形，变
形后的任一截面相对其原来的位置发生了
一定角度的旋转，这种应变称为剪切应变
（也叫角应变）。
相互关联的应力迹线构成的网络，叫应力
网络。
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图2-10 单向拉伸、挤压和剪切的应力网络 (a)单向拉伸;(b)单向挤压;(c)剪切
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5. 地应力及构造应力场 5.1 地应力 地应力是指在自然状态下组成地壳的岩层、岩体 内部分布的应力。 在地质历史时期中曾经存在于地层岩石内的地应 力，称为古地应力，
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1.2 岩石变形的基本方式
• （1）拉伸变形： • （2）压缩变形： • （3）剪切变形： • （4）弯曲变形： • （5）扭转变形：
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图2-11 岩石变形的基本形式 (a)拉伸；(b)压缩；(c)剪切；(d)弯曲（上图为横弯曲，下图为纵弯曲）；(e)扭转
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任务1 应力及应力分析 • 任务2 变形与应变分析 • 任务3 岩石力学性质及其影响因素分析
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地壳中的各种地质构造都是岩石在力的作
用下形成的。要研究各种地质构造的几何形态、
组合特征和力学成因，首先必须了解有关岩石 受力变形的基本理论和影响岩石变形的各种因 素，进而分析岩石变形的特征和规律。
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2. 一点的应力状态
我们把物体受力后其内部任一点各
个截面上的应力分布情况，称为该点的
应力状态。
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一点的应力状态分为三类：
• 单轴应力状态：
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现代地应力则可以用仪器直接测定，
如在地震地质、矿山开采、工程地质等方
面经常采用仪器直接测定。
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地壳中受力岩层或岩体中，由某一瞬 时应力状态组成的有规律地分布和变化空
间，称为构造应力场。
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P σ A
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在自然界中，截面A上的应力分布往往是不均
匀的。
F lim A 0 A
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如果作用力方向与截面斜交时：
图2-2 内力和应力的分解 （a）内力的分解；（b）合应力的分解
任务2
变形与应变分析
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1. 变形 1.1 变形的概念 当物体受到外力作用时，组成物体各 个质点间的相对位置就会发生变化，这种 变化称为变形。
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当物体受到外力作用后，表现为物体 形状的变化时，称为形变。 当物体受到外力作用后，表现为物 体体积的变化时，称为体变。
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正应力σ可以为压应力，用正值表示；它也
可以为张应力，用负值表示。 剪应力则可以使物体发生剪切滑动。习惯上 规定，使物体有顺时针转动趋势的剪应力为负值 （<0）；使物体有逆时针转动趋势的剪应力则为 正值（>0）。
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间的关系。
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图2-4 单轴应力状态分析
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1
2
(1 cos 2 )

1
2
sin 2
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将上两公式两边平方后相加得：
1 1 2 2 2
2
2
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莫尔应力圆，简称莫尔圆。
图2-5 单轴应力状态的二维应力莫尔圆
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图2-8 纯剪应力状态的莫尔圆
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4. 应力网络与变形图像 应力迹线，就是应力方向变化的轨迹 线，可以是直线，也可以是曲线。由几簇
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第二章
任务1
应力及应力分析
1. 力和应力
力是物体间的相互作用。
1.1 外力和内力
力可分为外力和内力。
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外力－外部施加于研究对象的力。按外力作用的
方式，外力又分为面力和体力。
内力－物体内部各部分之间相互作用的力。内力 又分为固有内力和附加内力。
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纵向线应变为： L / L0 横向线变形为：
0 b / b0
图2-12 单向拉伸变形
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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绝对值为一个常数，这个常 数（µ）称为泊松比，即：
0