岩石的结构是指岩石内部颗粒的形状和大小、 排列方式及胶结的紧密程度。一般来讲，颗粒圆 滑、胶结不紧的岩石强度较低；而颗粒细、胶结 紧的岩石则强度大。
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第二章
• （3）岩石的构造
岩石的构造差异直接影响到岩石对受力后变
形的不同反应。
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第二章
2.2 外界因素
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第二章
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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第二章
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第二章
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第二章
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第二章
一点的应力状态分为三类：
• 单轴应力状态：
第二章
图2-14 塑性材料拉伸时的应力应变曲线图 σa-比例极限；σb-弹性极限；σc-屈服极限；σd-强度极限；
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第二章
• 3.1 弹性变形
当物体在外力作用下发生变形，取消 外力后能完全恢复到变形前状态的变形，
称为弹性变形。弹性变形的主要特点是符
合虎克定律。
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间的关系。
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第二章
图2-4 单轴应力状态分析
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第二章

1
2
(1 cos 2 )

1
2
sin 2
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第二章
将上两公式两边平方后相加得：
1 1 2 2 2
任务2
变形与应变分析
第二章
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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第二章
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。
石变形的相对最大伸长的方向和塑性流动方向。
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第二章
• （2） 应变椭球体的短轴λ3（C轴），表明岩石的
相对最大缩短方向。
• （3）两组共轭剪裂面的交线为B轴，一般情况下
共轭剪裂面的锐角平分线与C轴一致。两个共轭剪
裂面为最大剪应力分布面，如共轭剪节理等。
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第二章
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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第二章
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
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第二章
图2-23 蠕变曲线
图2-24 松弛曲线
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第二章
2. 影响岩石力学性质的因素
2.1 岩石的内在因素
• （1）岩石的矿物成分
岩石是由各种矿物组成的，由于组成岩石的矿物
不同，其力学性质差别很大。
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第二章
•
（2）岩石的结构
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第二章
4.2 旋转应变和非旋转应变
• （1）非旋转应变
岩石在受到压缩或拉伸而发生均匀变形后， 如果其应变主轴的方位保持不变，只有其长度发 生改变的，这种应变称为非旋转应变，也叫纯剪 切应变。
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第二章
图2-19 非旋转应变和旋转应变 (a)非旋转应变；(b)旋转应变 （据E.S.希尔斯）
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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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第二章
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。
第二章
图2-21运用应变椭球体分析背斜内部小构造
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第二章
项目三 岩石力学性质及其影响因素分析
1. 岩石的力学性质
岩石的力学性质主要是指岩石的弹
性、塑性、脆性、柔性、蠕变和松弛等
性质。
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第二章
• 1.1 岩石的弹性和塑性
岩石受外力作用而发生变形，当外力取消
项目二
地质构造力学分析
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第二章
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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第二章
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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第二章
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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第二章
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
• 双轴应力状态： • 三轴应力状态：
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第二章
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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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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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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。
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，
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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4. 应变椭球体 4.1 应变椭球体的概念 应变椭球体的概念是贝克尔（G.F.Becker）
在1893年从弹性力学的应力椭球体概念中引导
出来的。
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第二章
图2-17 应变椭球体
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第二章
图2-18 应变椭圆
体应变是体积变化量（V-V0）与原体积V0之比，
也称膨胀度，即：
V V0 V0
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第二章
3. 岩石的变形阶段 随着外力的增加，岩石的变形要经历弹性 变形、塑性变形和断裂变形三个阶段。这三个 变形阶段既是相互联系的，又是相互过渡、依
次发生的。
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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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• 1.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应力
应力是指物体单位面积上的内力（单位：Pa）。
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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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5.2 构造应力场
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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