《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》教案

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1、《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》教案第三章地質(zhì)構(gòu)造分析的力學(xué)基礎(chǔ)（本章課序No.3-5，共6學(xué)時(shí)）一、課堂安排l討論l主要內(nèi)容介紹l本章思考討論題二、本章主要內(nèi)容、要點(diǎn)1、主要內(nèi)容應(yīng)力：概念//應(yīng)力分析（二維應(yīng)力分析//三維應(yīng)力分析）//應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力軌跡和應(yīng)力集中應(yīng)變：應(yīng)變橢球體、形態(tài)類型及其幾何表示法遞進(jìn)變形：共軸/非共軸遞進(jìn)變形巖石有限應(yīng)變測(cè)量巖石變形行為：一般實(shí)驗(yàn)條件下的巖石變形行為//巖石變形階段（彈性、塑性、斷裂變形）；庫(kù)倫剪破裂準(zhǔn)則：剪破裂的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)公式，剪裂角，內(nèi)磨擦角摩爾剪破裂準(zhǔn)則//格里菲斯破裂準(zhǔn)則塑性變形及變形機(jī)制影響巖石變形的因素2、本章要點(diǎn)應(yīng)力的概念；應(yīng)力

2、與（矢量）力的區(qū)別，與作用面的關(guān)系應(yīng)力分析的思路和方法，重點(diǎn)為二維分析；應(yīng)力圓的性質(zhì)；應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力圓表示應(yīng)力集中：概念及其地質(zhì)-物理意義應(yīng)變與變形的區(qū)別；應(yīng)變橢球體：主應(yīng)變軸，主應(yīng)變面，圓切面（圓截面，無(wú)應(yīng)變面），線伸長(zhǎng)/線縮短區(qū)域（共軸和非共軸）遞進(jìn)變形：概念及其對(duì)變形現(xiàn)象的解釋。應(yīng)變測(cè)量：方法及其設(shè)計(jì)思路庫(kù)倫剪破裂準(zhǔn)則影響巖石變形的因素各類變形實(shí)驗(yàn)曲線（應(yīng)力-應(yīng)變、應(yīng)變-時(shí)間曲線等）的含義三、授課內(nèi)容（一）力學(xué)基礎(chǔ)v1、應(yīng)力的概念面力與體力力　外力　面力　體力內(nèi)力　固有內(nèi)力－自然狀態(tài)粒結(jié)合力附加內(nèi)力－由外力（面、體力）作用引起的作用于物體內(nèi)部（設(shè)想的面）或表

3、面（實(shí)質(zhì)的面）應(yīng)力——作用于物體內(nèi)部或表面單位位積上的一對(duì)大小相等方向相反的力　　應(yīng)力的分解正應(yīng)力σ、剪應(yīng)力τ（切應(yīng)力）normalstress,shearstress應(yīng)力符號(hào)lσ，擠壓為正，張應(yīng)力為負(fù)lτ，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)應(yīng)力單位一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)平衡力系，無(wú)限小立方體（單元體）力系合成為作用于立方體（中心）的一對(duì)力，立方體置于空間座標(biāo)系，則每個(gè)面上的應(yīng)力可分解為共９個(gè)分量。l腳標(biāo)表示的含義lσxy——應(yīng)力方向　面法線方向l應(yīng)力性質(zhì)lσxx，σyy，σzz－σn（兩腳標(biāo)相同）lσxy，σyz，…－τ（兩腳標(biāo)不同）σxxσxyσxzσyyσyzσyxσzzσzx

4、σzy(又可寫成)σxτxyτxzσyτyzτyxσzτzxτzy在平衡力系中τyx＝－τxyτzx＝－τxzτzy＝－τyz因此σxττσyτyxτσzτzyτzx六個(gè)應(yīng)力分量決定了一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。l主應(yīng)力面－彈性力學(xué)證明（主平面）l主應(yīng)力－最大正應(yīng)力（位于主平面上的正應(yīng)力）σ１，σ２，σ３l主（應(yīng)力軸）方向應(yīng)力狀態(tài)單軸單軸壓縮σ１>σ２＝σ３＝０單軸拉伸σ１＝σ２<0>σ３雙軸雙軸壓縮σ１>σ２>σ３＝０平面應(yīng)力狀態(tài)σ１>σ２＝０>σ３三軸?。ㄒ话悖│遥薄荭遥病荭遥肠遥保溅遥玻溅遥场o水壓力、均壓流體靜壓力若σ１＝σ２＝σ３<０，何狀態(tài)？應(yīng)力差σ１－σ３平均應(yīng)

5、力（σ１＋σ２＋σ３）／З＝可看作一應(yīng)力系統(tǒng)中的均壓部分　偏應(yīng)力　σ′＝σ－?。ㄓ腥齻€(gè)）為偏離平均應(yīng)力的分量。　　　　　σ１′＝σ１－　　　　　σ２′＝σ２－　　　　　σ３′＝σ３－泊松比ν一個(gè)方向的變形引起的另一個(gè)與之垂直方向的長(zhǎng)度變化，后者的變化值與前者變化值之比。在地殼相對(duì)較淺層次（流變層之上），由上覆巖石重量引起的壓應(yīng)力σ１（直立），和由重壓（變形）引起的橫向應(yīng)力的關(guān)系為：σ２＝σ３＝［ν／（１－ν）］σ１深部巖石受壓而企圖橫向擴(kuò)張，但受到限制，故引起此水平應(yīng)力。如果橫向上無(wú)限制，將出現(xiàn)何種情況？v2、應(yīng)力分析簡(jiǎn)介二維應(yīng)力分析二維的優(yōu)越性單軸應(yīng)力狀態(tài)基本關(guān)

6、系：　?。ǎ保　　　　　　　　　　　　　　　　　　。ǎ玻ǎ保?，（２）二端平方后相加，得應(yīng)力莫爾圖（單軸）雙軸應(yīng)力狀態(tài)套用前（１）、（２）式，有　?。ǎ常　　　　　　。ǎ矗　　　　　　　。ǎ担ǎ担?，（６）二端平方后相加，得　　　　　·八種應(yīng)力狀態(tài)l靜巖壓力　若σ２＝σ３→σ1時(shí)，應(yīng)力圓收縮l有關(guān)應(yīng)力圓l圓心角＝２αl圓周一點(diǎn)的物理意義l第一不變量l純剪狀態(tài)l剪應(yīng)力互等定律l三維應(yīng)力分析l三維應(yīng)力圓（六種特殊情況）l單壓　σ１>σ２＝σ３＝０l(fā)σ１＝σ２＝σ３　靜水lσ１>σ２＝σ３>θ靜巖l雙軸壓縮σ１>σ２>σ３＝０l(fā)平面應(yīng)力σ１>σ２＝０>σ３l純剪σ

7、１＝－σ３，σ２＝０l(fā)三軸拉伸l三軸擠壓l二軸擠壓，一軸拉伸l一軸擠壓，二軸拉伸v3、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力軌跡、應(yīng)力集中l(wèi)應(yīng)力場(chǎng)：各點(diǎn)的集合、各點(diǎn)的狀態(tài)及其變化主應(yīng)力方向軌跡－應(yīng)力（軌）跡線、主應(yīng)力等值線l用二維表示／光彈／計(jì)算機(jī)模擬le.g.　圖４－１０l(fā)　　圖４－１１l　　圖４－１２l應(yīng)力集中－物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起應(yīng)力狀態(tài)的改變l圓孔表面的切線應(yīng)力為：lσ＝Ｐ１（１－２Cos２Ｑ）lＰ－無(wú)窮遠(yuǎn)處主應(yīng)力（平均主應(yīng)力）lθ－切點(diǎn)處半徑線與Ｐ１的夾角lＡ點(diǎn)，lＣ（Ｄ）點(diǎn)，Ｑ＝０，σ＝－Ｐ１l橢圓孔，當(dāng)長(zhǎng)軸平行于ＡＢ時(shí)lσ＝Ｐ１（１＋２a/b）說(shuō)明橢圓孔周邊方向≥３Ｐ１，橢圓率越

8、大，則應(yīng)力