構(gòu)造地質(zhì)學(xué)二

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3/14/20231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。3/14/20232對(duì)于一個(gè)物體來說，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。3/14/20233

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。

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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。3/14/20235

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。3/14/20236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)3/14/20237（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m點(diǎn)n截面上的正應(yīng)力,后者稱過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3/14/20238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。3/14/20239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常見應(yīng)力單位換算成帕的系數(shù)表3/14/202310二、一點(diǎn)的的應(yīng)力狀態(tài)態(tài)為了分析物物體內(nèi)某一一點(diǎn)的應(yīng)力力狀態(tài)，可可以設(shè)想有有一個(gè)平衡衡力系作用用于一個(gè)代代表該點(diǎn)的的無限小立立方體上(圖3-3)，其三個(gè)邊邊分別平行行于直角坐坐標(biāo)系的三三根軸X、Y、Z，作用于每個(gè)個(gè)面上應(yīng)力力F均可分解為為一個(gè)正應(yīng)應(yīng)力和一個(gè)個(gè)剪應(yīng)力，，剪應(yīng)力又又可分解為為分別平行行于兩個(gè)坐坐標(biāo)方向的的兩個(gè)分量量。這樣，，在立方體體各面上合合計(jì)有九個(gè)個(gè)分量:3/6/202311σx，τxy,τxz(位于與X軸垂直的平平面上)σy，τyx,τyz(位于與Y軸垂直的平平面上)σz，τzx,τzy(位于與Z軸垂直的的平面上上)(上述各應(yīng)應(yīng)力的下下標(biāo)的第第一個(gè)宇宇母表示示與應(yīng)力力作用面面的法線線平行的的坐標(biāo)軸軸，第二二個(gè)字母母表示與與應(yīng)力分分量平行行的坐標(biāo)標(biāo)軸，因因此上式式左行也也可分別別記為σxx、σyy、σzz)?？紤]到立立方體繞繞X、Y、Z軸的力矩矩平衡，，即沒有有旋轉(zhuǎn)，，必須要要求τxy＝-τyx，τyz＝-τzy,，τxz＝-τzx，這樣，只只須標(biāo)定定六個(gè)分分量就可可以確定定該點(diǎn)的的應(yīng)力狀狀態(tài)了。。3/6/202312三、主應(yīng)應(yīng)力、主主應(yīng)力面面與主應(yīng)應(yīng)力軸彈性力學(xué)學(xué)證明，，當(dāng)物體體受力處處于平衡衡狀態(tài)下下，通過過物體內(nèi)內(nèi)任意點(diǎn)點(diǎn)，總可可以取到到這樣的的單元體體，在其其相互垂垂直的三三個(gè)面上上除了正正應(yīng)力外外，剪應(yīng)力均均為零。這三個(gè)個(gè)面上正正應(yīng)力就就稱為主應(yīng)力，主應(yīng)力力作用的的的面稱稱主應(yīng)力面面或主平面，主應(yīng)力力作用方方向線稱稱主應(yīng)力軸軸，即主應(yīng)應(yīng)力面的的法線。。σ2σ1σ3σ1σ2σ3圖3-3作用用于單元元體的三三個(gè)主應(yīng)應(yīng)力ZYXσxσyτyxσzτxyτxzτzxτzyτyz3/6/202313三個(gè)主主應(yīng)力力一般般不相相等，，有最最大主主應(yīng)力力(σ1)、中間主主應(yīng)力力(σ2)、最小主主應(yīng)力力(σ3)之分，，最大主主應(yīng)力力與最最小主主應(yīng)力力之差差(σ1－σ3)稱應(yīng)力力差或或差(異)應(yīng)力。若一個(gè)個(gè)主應(yīng)應(yīng)力不不等于于零，，另二二個(gè)主主應(yīng)力力等于于零，，為單軸軸應(yīng)力力狀態(tài)態(tài);σ1≠0者為單單軸擠擠壓，，σ3≠0者為單單軸拉拉伸若二個(gè)個(gè)主應(yīng)應(yīng)力不不等于于零，，另一一個(gè)主主應(yīng)力力等于于零，，為雙軸應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài);其中σ2=0則為平面應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)。三個(gè)主主應(yīng)力力均不不等于于零，，為三軸應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)；；若三個(gè)個(gè)主應(yīng)應(yīng)力相相等，，即σ1=σ2=σ3≠0，稱均壓壓，即靜水壓力，3/6/202314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mk的內(nèi)力Pα與左段平衡，即Pα＝P，垂直于作用力的截截面mk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

στσ1mabcdnαk3/6/202315σ1=Pα/Ak式中的的Ak為mk的面積。。截面mn與主平平面的的交角角為α，截面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)設(shè)σ為合應(yīng)應(yīng)力σα的正應(yīng)應(yīng)力分分量，，τ為剪應(yīng)應(yīng)力分分量，，它們們與主主應(yīng)力力σ1的關(guān)系系可由由下列列運(yùn)算算求證證3/6/202316(3-3)和(3-4)式就是是在單單向壓壓縮情情況下下，彈彈性均均勻變變形時(shí)時(shí)，正正應(yīng)力力σ、剪應(yīng)力力τ和主應(yīng)應(yīng)力σ1的關(guān)系系式，，并具具有以以下特特點(diǎn):(1)上述公公式適適用于于擠壓壓和拉拉伸，，(2)由公式式(3-3)看出，，只是是在張張應(yīng)力力情況況下為為負(fù)號(hào)號(hào)。1、當(dāng)α=0°°時(shí)，cos2α=1，則σ=σσ1;sin2α=0，τ=0。所以在與擠擠壓方向垂垂直的的截面面上正應(yīng)力力最大大，與與拉伸伸方向垂垂直的的截面面上正應(yīng)力力最小小。與擠壓壓或拉拉伸方向垂垂直的的截面面上無剪應(yīng)應(yīng)力;2、當(dāng)α=45°時(shí)，sin2α=l，則τ=1/2σ1，當(dāng)α大于或或小于于45°°，sin2α＜l。所以，，在與與擠壓壓或拉拉伸方方向呈呈45°°交角的的截面面上剪剪應(yīng)力力最大大。這這種截截面稱稱為最大剪剪切面面。3、當(dāng)α=90°時(shí),σ=0，τ=0，亦即在在平行行于作作用力力的截截面上上既無無正應(yīng)應(yīng)力，，也無無剪應(yīng)應(yīng)力。。3/6/202317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)式兩邊移項(xiàng)項(xiàng)平方及(3-4)式兩邊平方方，而后再再相加，得得:3/6/202318(3-5)式為直角坐坐標(biāo)中圓的的方程式，，其圓心坐坐標(biāo)為(1/2σ1，0)半徑為1/2σ1(圖3-5)，該圓稱莫莫爾應(yīng)力圓圓，簡(jiǎn)稱莫爾圓或應(yīng)力圓。需注意的是是，圖上的的坐標(biāo)是應(yīng)應(yīng)力分量，，在這個(gè)圓圓上的任何何一點(diǎn)的坐坐標(biāo)值(σα,τα)代表作用在在某個(gè)截面面上的應(yīng)力力分量。α角是截面法法線與σ1的交角，垂垂直于σ1的截面α=0，以圓上A點(diǎn)表之，其其上正應(yīng)力力為σ1，剪應(yīng)力為零零。在α≠0的其他任意意斜截面上上的正應(yīng)力力與剪應(yīng)力力可由所在在應(yīng)力圓上上相應(yīng)各點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)給給出。隨著著α角增加，截截面上的應(yīng)應(yīng)力分量沿沿著圓周按按同一方向向從A點(diǎn)轉(zhuǎn)向O點(diǎn)。當(dāng)α=90°時(shí)σα=0，τα=0，就是圓上的的O點(diǎn)。在物體體內(nèi)經(jīng)過一一點(diǎn)可作無無窮多個(gè)截截面，每一一個(gè)截面上上的應(yīng)力分分量都對(duì)應(yīng)應(yīng)于圓上的的一個(gè)點(diǎn)，，也就是說說這個(gè)圓代代表了物體體內(nèi)一點(diǎn)的的應(yīng)力狀態(tài)態(tài)。因此，，應(yīng)力圓是是表示點(diǎn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的的最有效的的圖示3/6/202319圖3-5單軸莫爾應(yīng)應(yīng)力圓Oσ2=0τσDD′c(1/2σ1,0)α2αA(τασα)(σ1,0)3/6/202320應(yīng)力圓有下下列一些性性質(zhì):(1)應(yīng)力圓代表物體內(nèi)內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力力狀態(tài)。應(yīng)力圓圓周周上任意點(diǎn)點(diǎn)代表該點(diǎn)某一方向的的截面的應(yīng)應(yīng)力分量σα和τα(2)兩個(gè)相互垂垂直的截面面上的應(yīng)力力分量對(duì)應(yīng)應(yīng)于應(yīng)力圓圓直徑的兩兩個(gè)端點(diǎn)。。例如圖3-6中與cd截面相垂直直的截面，，它的內(nèi)法法線方向m與σ1的夾角為90°+α,從(3-3)和(3-4)式可得:圖3-6相相互垂直截截面上的應(yīng)應(yīng)力分布3/6/202321σσ1ττα2αEDD′αΑFc0σασβτβBΒ=90°+αYNαασ1Xσ1σαmnmταnNβ3/6/202322這個(gè)性質(zhì)表表明經(jīng)過同一點(diǎn)點(diǎn)的兩個(gè)相相互垂直的的面上的剪剪應(yīng)力，總總是大小相相等，符號(hào)號(hào)相反的。。這一規(guī)律被被稱為剪應(yīng)力互等等定理或剪應(yīng)力成成對(duì)定理。。3/6/202323另外將將(3-8)和(3-6)兩式相相加得得σα+σβ=σ1…………………..(3-11)這表明明兩個(gè)互互相垂垂直截截面上上的正正應(yīng)力力之和和等于常數(shù)數(shù)(不隨α值改變變)。(3)從應(yīng)力力圓上上可看看出τα的最大大值就是圓圓的半半徑，，等于于1/2σ1。它作用用在法法線與與主應(yīng)應(yīng)力σ1成±45°的截面面上，，而且且兩個(gè)個(gè)最大大剪應(yīng)應(yīng)力作作用面面相互互垂直直，稱稱(一對(duì))共軛剪剪面。(4)從應(yīng)力力圓上上可以以看出出最大和最小正正應(yīng)力力分別在在A點(diǎn)和0點(diǎn)，在在對(duì)應(yīng)應(yīng)于A、O兩點(diǎn)的的截面上上剪應(yīng)應(yīng)力均均等于于零。。3/6/202324二、雙雙軸應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)的的二維維分析析當(dāng)單元元體同同時(shí)受受到兩兩個(gè)相相互垂垂直的的正應(yīng)應(yīng)力σ1與σ2作用時(shí)時(shí)(即σ1＞σ2,σ3=0)，該物體即處于雙軸軸應(yīng)力狀態(tài)中(圖3-7a)。現(xiàn)求解任意截面mn上的應(yīng)力。為演算算方便起見，采用用力的疊加原理(即運(yùn)用應(yīng)力疊加法法)求解，而不用平衡衡方程法求解。這這樣就可利用在單單軸應(yīng)力狀態(tài)已求求得的公式，分別別求出作用于截面面上的應(yīng)力，然后后相加求得。3/6/202325圖3-7雙軸應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力力疊加法分析圖解解首先，單元體在應(yīng)應(yīng)力內(nèi)的作用下(圖3-7b)，截面mn上的正應(yīng)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)應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)應(yīng)力疊加法法分析圖解解σ1σ2σ1σ2τασασ2ασ1τβσβααβ=90°°+αbac3/6/202326疊加后截面面mn上的剪應(yīng)力力為:τ=τα+τβ,即(3-9)式加(3-7式式):其次，該單單元體又受受到應(yīng)力σ2的作用，并并σ2與截面mn法線的交角角為β=90°+α。(圖3-7c)，截面mn上的正應(yīng)力力σβ和剪應(yīng)力τβ也可由公式式(3-6)和(3-7)給給出。疊加加后截面mn上的正應(yīng)力力為:σ=σα+σβ，即(3-8)式加(3-6)式:3/6/202327(3-12)和(3-13)式兩邊移項(xiàng)項(xiàng)平方后相相加得:(3-14)式式是一個(gè)圓方程程，表示圓心在在(,0)，半半徑為的的一個(gè)個(gè)應(yīng)力圓(圖3-8)。3/6/202328在σ軸上按比例取取OA=σ1，OB=σ2，以C(OC=)為圓心即可作作出雙軸應(yīng)力力圓。不難看出，單單軸應(yīng)力狀態(tài)態(tài)(OB=σ2=0,B點(diǎn)與0點(diǎn)重合)是以AO為直徑的雙軸軸應(yīng)力狀態(tài)的的一種特例。。圖3-8雙雙軸應(yīng)力圓圓3/6/202329假設(shè)單元體某某一截面的法法線與主應(yīng)力力σ1的交角為α,在應(yīng)力圓上自自A點(diǎn)取圓心角ACD=2αα,則圓上的D點(diǎn)的坐標(biāo)OE和DE分別等于截面面上的正應(yīng)力力σα和剪應(yīng)力τα,即(3-12)和(3-13)兩式所表示的的σ和τ的數(shù)值。雙軸應(yīng)力圓有有如下特征:(1)從圖3-8可見，A點(diǎn)的正應(yīng)力最最大(即σ1)，B點(diǎn)的正應(yīng)力最最小(即σ2)，兩點(diǎn)所代表的的截面上均無無剪應(yīng)力;其他各點(diǎn)所代代表的截面上上既有正應(yīng)力力，又有剪應(yīng)應(yīng)力，正應(yīng)力力的值在σ1與σ2之間。3/6/202330(2)最大剪應(yīng)力是是在與主應(yīng)力力成45°和135°的兩個(gè)截面上上，也就是平分兩個(gè)主應(yīng)應(yīng)力方向的兩個(gè)截面上上，其大小等等于(即主應(yīng)力差值值之半)，但符號(hào)相反反。(3)當(dāng)主應(yīng)力σ1和σ2大小相等而符號(hào)相反時(shí)，其應(yīng)力圓是是一個(gè)圓心在在坐標(biāo)原點(diǎn)，，半徑為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)力狀態(tài)態(tài)在材料力學(xué)學(xué)中稱作純剪應(yīng)力狀態(tài)(圖3-9)。3/6/202331圖4-9純純剪應(yīng)力狀狀態(tài)單元體體的主應(yīng)力力和應(yīng)力圓圓圖解3/6/202332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－靜水拉伸伸；b－一般拉伸伸;c－單軸拉伸伸;d－拉伸壓縮縮;e－純剪應(yīng)力力;f－單軸壓縮縮；g－一般壓縮縮;h－靜水壓縮縮abcdefgh3/6/202333三、應(yīng)力力狀態(tài)的的三維分分析應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的三維維分析可可應(yīng)用于于雙軸應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)。例如如在雙軸軸應(yīng)力狀狀態(tài)下σ3雖為零，，但卻仍仍是數(shù)學(xué)學(xué)上的一一個(gè)“量量”。因因此，可可以畫出出不同于于二維分分析中的的應(yīng)力圓圓(圖3-11a)。σs最大剪應(yīng)應(yīng)力=σ1/2σNσ3σ2σ1abσNσsσ3=-σ1最大剪應(yīng)力=σ1σ2σ1圖3-11雙雙軸擠壓應(yīng)力力圓(a)與純剪應(yīng)力圓圓(b)3/6/202334下面簡(jiǎn)略介紹紹三軸應(yīng)力狀狀態(tài)三維分析析的應(yīng)力圓概概念。為了便于分析析，在處于三三軸應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的物體中，，可以找出一一種特殊方位位的單元體(圖3-12)。這種單元體體的表面上只只有主應(yīng)力作作用。當(dāng)σ1＞σ2＞σ3時(shí)，包含任一一主應(yīng)力軸的的各截面上正正應(yīng)力和剪應(yīng)應(yīng)力與相應(yīng)主主應(yīng)力的關(guān)系系，可以據(jù)上上述雙軸應(yīng)力力狀態(tài)的分析析，從(3-12)和(3-13)二式分別求出出。3/6/202335圖3-12三三軸應(yīng)力狀態(tài)態(tài)單元體的主主應(yīng)力和應(yīng)力力圓3/6/202336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Ⅰ(圖3-12a)面僅與σ1、σ3所決定的應(yīng)應(yīng)力圓(Ⅰ)上的一點(diǎn)D(圖3-12d)相對(duì)應(yīng)，該該點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)就是此截截面上的應(yīng)應(yīng)力。當(dāng)截截面與σ1、σ3成45°時(shí)，其正應(yīng)力和剪剪應(yīng)力為：3/6/202337同理，可求出與σ3、σ1平行的備截面上的的應(yīng)力(圖3-12b、c及d圖上圓Ⅱ與圓Ⅲ上的點(diǎn))。與三個(gè)主應(yīng)應(yīng)力軸不平行行的其他任意意截面上的應(yīng)應(yīng)力則對(duì)應(yīng)于于圖3-12d中陰影域中的的點(diǎn)，其確定定方法較繁，，在構(gòu)造地質(zhì)質(zhì)學(xué)的一般研研究中很少進(jìn)進(jìn)行這樣的分分析。3/6/202338四、應(yīng)力集中中受力物體的應(yīng)應(yīng)力分布狀況況不僅隨外力力的性質(zhì)、大大小和方向以以及截面方位位的不同而變變，而且還同同物體本身的的結(jié)構(gòu)有關(guān)。。材料力學(xué)研研究表明，如如果物體內(nèi)部部存在空洞、、微裂隙或截截面方位發(fā)生生急劇改變時(shí)時(shí)，則會(huì)造成成應(yīng)力的局部部劇增，這種種現(xiàn)象稱應(yīng)力集中，受力物體往往往在應(yīng)力集集中處首先開開始破壞。材料力學(xué)研究究中，通常以以應(yīng)力集中系系數(shù)σk表示應(yīng)力集中中的程度。圖圖3-13例舉材料內(nèi)一一圓孔附近的的應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象，其最大大應(yīng)力σmax與該方向上的的主應(yīng)力σ(或平均主應(yīng)力力)之比為σk(即σk=σmax/σ)。地質(zhì)上常以光光彈模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)形象地反映映應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象。3/6/202339地殼中的巖石石并非完整無無缺的，在外外力作用下，，其內(nèi)部某些些部位極易產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)力集中中現(xiàn)象，巖塊塊內(nèi)部若有早早期的裂隙和和斷裂存在，，受力后，就就會(huì)在裂隙的的端點(diǎn)(圖3-14)、斷裂的端點(diǎn)點(diǎn)、拐點(diǎn)、尖尖滅點(diǎn)、交匯匯點(diǎn)、分叉點(diǎn)點(diǎn)或弧形轉(zhuǎn)折折拐角的外側(cè)側(cè)等部位出現(xiàn)現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象。若外力力不斷增加，，應(yīng)力集中也也隨之增強(qiáng)，，最后可導(dǎo)致致材料首先在在應(yīng)力集中處處破壞。由于于地殼無時(shí)無無刻不在變動(dòng)動(dòng)，因此地殼殼內(nèi)的應(yīng)力集集中也由小到到大，當(dāng)其積積累到超過巖巖石所能承受受的限度時(shí)，，就會(huì)使那一一部分巖石產(chǎn)產(chǎn)生破裂而釋釋放出大量能能量，地震往往往由此產(chǎn)生生。3/6/202340第三節(jié)構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)物理量的空間分布布就是“場(chǎng)”。前前面的分析，考慮慮的是一點(diǎn)的應(yīng)力力狀態(tài)，但構(gòu)造應(yīng)力的作用在在一地質(zhì)時(shí)期的某某一空間內(nèi)是有變變化的，用矢量場(chǎng)(方位及大小)可以表示這種變化化，這就是某區(qū)城城的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。通常用主應(yīng)力方方向連成的軌跡表表示，稱應(yīng)力軌跡跡或應(yīng)力跡線(如圖3－14所示)。3/6/202341圖3-13材材料料圓孔孔附近近的應(yīng)力集集中現(xiàn)現(xiàn)象圖4-14單向向壓力力下斷斷裂端點(diǎn)應(yīng)應(yīng)力集集中現(xiàn)現(xiàn)象的的光彈彈實(shí)驗(yàn)驗(yàn)(據(jù)孫孫巖等等，1981)P一作用用力;AB一微斷斷裂(曲線線為等等差干干涉條條紋，，條紋紋密集集部位位表示示應(yīng)力力集中中區(qū))3/6/202342構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)是由由一定定的地地殼或或巖石石圈的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)所引引起的的，并并由此此產(chǎn)生生了一一系列列巖石石變形形，因因此利利用構(gòu)構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)可系系統(tǒng)闡闡明巖巖石變變形的的原因因及其其時(shí)空空分布布規(guī)律律，揭揭示引引起巖巖石變變形的的地殼殼運(yùn)動(dòng)動(dòng)方式式，并并有助助于從從總體體上、、成因因上深深入認(rèn)認(rèn)識(shí)地地質(zhì)構(gòu)構(gòu)造特特征及及其發(fā)發(fā)育規(guī)規(guī)律。。國(guó)外60年代初初期就就已開開始古古構(gòu)造造應(yīng)力力的研研究，，我國(guó)國(guó)70年以來來也開開展此此項(xiàng)研研究(盧華復(fù)復(fù)等，，1978;萬天豐豐，1981，1988;盧華復(fù)復(fù)等，，1984;俞鴻年年等，，1987)。由于于古應(yīng)應(yīng)力不不能直直接測(cè)測(cè)量，，能從從研究究這些些應(yīng)力力作用用產(chǎn)生生的構(gòu)構(gòu)造入入手，，而且且往往往只能能進(jìn)行行主應(yīng)應(yīng)力方方位的的測(cè)定定。應(yīng)應(yīng)力大大小一一般可可通過過光彈彈模擬擬給出出相對(duì)對(duì)的概概念。。因此此，對(duì)對(duì)于脆脆性變變形構(gòu)構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)的研研究目目前還還不能能完全全定量量。3/6/202343對(duì)于韌性變變形構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)的研研究，可通通過糜棱巖巖的顯微、、超微構(gòu)造造(如位錯(cuò)密度度、亞顆粒粒和重結(jié)晶晶顆粒的大大小等)估算其主應(yīng)應(yīng)力大小(即差異應(yīng)力力σ1－σ3);主應(yīng)力軸方方位則需通通過巖組學(xué)學(xué)方法所獲獲大量資料料進(jìn)行分析析，但其結(jié)結(jié)果往往只只具有局部部性意義(具體內(nèi)容可可參閱鄭亞亞東等(1985)、何永年等等(1988)二書)。3/6/202344下面簡(jiǎn)要介介紹利用小小構(gòu)造測(cè)定定主應(yīng)力軸軸方位的方方法。(一)、利用共軛軛(剪)節(jié)理測(cè)定σ1、σ2、σ3方位共軛節(jié)理是是由成對(duì)發(fā)發(fā)育的最大大剪面進(jìn)一一步發(fā)展而而成(見本章第二二節(jié))，它是一種種小型構(gòu)造造，分布廣廣，數(shù)量大大，且?？煽梢姷焦?jié)理理兩側(cè)巖石石的剪切旋旋向，據(jù)此此可確定σ1、σ3方位，σ2方位則平行行于共軛的的兩組剪節(jié)節(jié)理的交線線。兩條不相平平行的剪節(jié)節(jié)理，如其其同時(shí)形成成，則其旋旋向必定是是一為左行行，一為右右行，從而而構(gòu)成兩對(duì)對(duì)對(duì)頂象限限，其中一一對(duì)對(duì)頂象象限為擠壓壓象限，其其分角線為為σ1，另一對(duì)為拉拉伸象限，，其分角線線為σ3。運(yùn)用此法關(guān)關(guān)鍵在于確確定二相交交的剪節(jié)理理是否同時(shí)時(shí)形成，即即是否呈““共軛”關(guān)關(guān)系，第十十