第六章 岩石的变形习性(第二节)

岩石变形的实验研究方法
室内模拟实验
实验目的：模拟岩石在自然环境中 的变形过程
实验步骤：加载、测量、记录、分 析等
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实验设备：岩石样品、加载设备、 测量仪器等
实验结果：岩石变形规律、变形机 理等
室外现场观测
观测地点：选择具有代表性的岩石 变形区域
观测频率：根据岩石变形速度确定 观测频率
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观测设备：使用GPS、倾斜仪、应 变仪等设备进行观测
数据处理：对观测数据进行处理和 分析，得出岩石变形规律和趋势
数值模拟方法
数值模拟：通过计算机模拟岩石变形的过程
优点：可以模拟复杂的岩石变形过程，不受实验条件的限制 缺点：需要大量的计算资源和时间，结果可能受到模型假设和参数设置的 影响 应用：在岩石力学、地球物理、工程地质等领域有广泛的应用
岩石变形
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单击输入目录标题 岩石变形的概念 岩石变形的机理 岩石变形的表现形式 岩石变形的地质意义 岩石变形的实验研究方法
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岩石变形的概念
岩石变形的定义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩石变形可以分为弹性变形、 塑性变形和脆性变形三种类 型。
岩石变形是指岩石在外力作 用下产生的形状、体积和内 部结构的变化。
脆性变形：岩石 在外力作用下发 生断裂，形成裂 隙或断层
蠕变变形：岩石 在外力作用下发 生缓慢、持续的 形变，如地壳运 动、岩浆侵入等
岩石变形的影响因素
应力：岩石受到的力，包括压应力、拉应力、剪应力等 温度：岩石的温度会影响其变形能力 湿度：岩石的湿度会影响其变形能力 岩石的性质：包括岩石的矿物成分、结构、孔隙率等

6.1 加载方式的影响---逐级循环加载的岩石变形性状
对应变强化现象、塑性滞环、记忆的解释 应力从脆弱部分向坚硬骨架的转移，应力水平与记忆 塑性滞环与闭合裂纹的摩擦和反向滑动有关。 峰值后，岩石仍有强度，卸载时仍有可恢复变形。
六、荷载条件对单轴变形与强度的影响
6.2 加载方式的影响---反复循环荷载作用下的岩石变形与强度
五、峰值后的变形阶段
伺服控制的刚性试验机与岩石的应力-应变全过程曲线
5.1 稳定破裂传播型：荷载位移曲线为反坡型，试件在 峰值后所储存的变形能不能使其破坏，试验机需继续做 功，有残余强度。
5.2 非稳定破裂传播型：试件在峰值后，不需试验机做 功，所储存的变形能使其继续破坏。
六、荷载条件对单轴变形与强度的影响
4、长期强度：岩石在长期荷载（应 变速率小于10-6/s）作用下的强度， 即稳定蠕变与不稳定蠕变的分界点。
5、抗压强度：抵抗压缩破坏的能力 6、抗剪强度：抵抗剪切破坏的能力 7、抗拉强度：抵抗拉伸破坏的能力
二、岩石的单向抗压强度
1、压力试验机、试件：强度试验可不 考虑变形，只记录荷载。
2、抗压强度的计算：
AB段：线性变形阶段，此阶段的变 形除弹性变形外，仍有闭合裂纹的相 互滑动，变形不完全恢复。
BC段：裂纹稳定扩展的非线性变形 阶段，新裂纹产生，扩容，破坏前兆
CD段：裂纹加速扩展至岩石破坏： 裂纹密集、搭接、相连，形成宏观裂 纹与裂缝带，延伸至破坏。
线性变形阶段
在线性变形阶段卸载，加载与卸载曲线并不重合，变形不能 完全恢复，除弹性变形外，还有闭合裂纹的相互滑动。
4.2 以弹性变形为主的变形
结构致密、坚硬的岩石，如石英岩、玄武岩等，应力应 变曲线为直线型，无明显压密阶段，变形可恢复。变形 原因为物质质点空间格架受力后的压密与歪斜。

石 变得很热，且里外冷热不均。
冬天冰雪让岩石受冷，使岩石 表面变得很冷，且里外冷热不均。
温度变化对岩石的影响
经过长年累月的影响，岩石在冷热的变化中， 会出现裂缝甚至崩蹋。
水对岩石变化的作用
酸性地下水的溶蚀
水对岩石变化的作用
夏天太阳对岩石的曝晒，使岩石 变得很热，且里外冷热不均。 经过长年累月的影响，岩石在冷热的变化中， 经过长年累月的影响，岩石在冷热的变化中， 变得很热，且里外冷热不均。 梵净山头重脚轻、千张万页叠层板状的蘑菇岩 表面变得很冷，且里外冷热不均。 表面变得很冷，且里外冷热不均。 表面变得很冷，且里外冷热不均。 2000多年前，李冰父子在修建都江堰（yàn）水利工程时，想到了用煅烧再浇水的方法来破除河道中的岩石。 表面变得很冷，且里外冷热不均。 2000多年前，李冰父子在修建都江堰（yàn）水利工程时，想到了用煅烧再浇水的方法来破除河道中的岩石。 夏天太阳对岩石的曝晒，使岩石 2000多年前，李冰父子在修建都江堰（yàn）水利工程时，想到了用煅烧再浇水的方法来破除河道中的岩石。 夏天太阳对岩石的曝晒，使岩石 变得很热，且里外冷热不均。
植物对岩石变化的作用
表面变得很冷，且里外冷热不均。 夏经 表变经夏变2变梵2夏经经表表表表表夏冬变梵夏表经经经表经梵表经经经变变岩经表 经变2梵经梵夏夏表2表变2经变经表表 表夏表夏经经夏夏夏冬00000天过面得过天得得净天过过面面面面面天得净天面过过过面过净面过过过得得石过面过得净过净天天面面得过得过面面面天面天过过天天天天0000000000太 长变 很 长 太 很 很 山 太 长 长 变 变 变 变 变 太 冰 很 山 太 变 长 长 长 变 长 山 变 长 长 长 很 很 的 长 变长 很 山 长 山 太 太 变 变 很 长 很 长 变 变变 太 变 太 长 长 太 太 太 冰多多多多多阳年 得热年阳热热头阳年年得得得得得阳雪热头阳得年年年得年头得年年年热热变年得 年热头年头阳阳得得热年热年得得 得阳得阳年年阳阳阳雪年年年对累 很，累对，，重对累累很很很很很对让，重对很累累累很累重很累累累，，化累很 累，重累重对对很很，累，累很很 很对很对累累对对对让前 前 前 前 前岩月 冷且月岩且且脚岩月月冷冷冷冷冷岩且脚岩冷月月月冷月脚冷月月月且且可月冷 月且脚月脚岩岩冷冷且月且月冷冷 冷岩冷岩月月岩岩岩岩，，，，，石的 ，里的石里里轻石的的，，，，，石里轻石，的的的，的轻，的的的里里能的， 的里轻的轻石石，，里的里的，， ，石，石的的石石石石李李李李李的影 且外影的外外、的影影且且且且且的受外、的且影影影且影、且影影影外外是影且 影外、影、的的且且外影外影且且 且的且的影影的的的受冰冰冰冰冰曝响 里冷响曝冷冷千曝响响里里里里里曝冷冷千曝里响响响里响千里响响响冷冷什响里 响冷千响千曝曝里里冷响冷响里里 里曝里曝响响曝曝曝冷父父父父父晒， 外热，晒热热张晒，，外外外外外晒，热张晒外，，，外，张外，，，热热么外 ，热张，张晒晒外外热，热，外外 外晒外晒，，晒晒晒，子子子子子，岩冷不岩，不不万，岩岩冷冷冷冷冷，使不万，冷岩岩岩冷岩万冷岩岩岩不不原岩冷岩不万岩万，，冷冷不岩不岩冷冷冷，冷，岩岩，，，使在在在在在使石 热均石使均均页使石石热热热热热使岩均页使热石石石热石页热石石石均均因石热 石均页石页使使热热均石均石热热 热使热使石石使使使岩修修修修修岩在 不。在岩。。叠岩在在不不不不不岩石。叠岩不在在在不在叠不在在在。。造在不 在。叠在叠岩岩不不。在。在不不 不岩不岩在在岩岩岩石建建建建建石冷 均冷石层石冷冷均均均均均石层石均冷冷冷均冷层均冷冷冷成冷均 冷层冷层石石均均冷冷均均 均石均石冷冷石石石都都都都都热 。热板热热。。。。。板。热热热。热板。热热热的热。 热板热板。。热热。。 。。热热江江江江江的 的状的的状的的的的状的的的呢的的状的状的的的的堰堰堰堰堰变 变的变变的变变变变的变变变？变变的变的变变变变（（（（（化 化蘑化化蘑化化化化蘑化化化化化蘑化蘑化化化化yyyyyààààànnnnn中 中菇中中菇中中中中菇中中中中中菇中菇中中中中）））））， ，岩，，岩，，，，岩，，，，，岩，岩，，，，水水水水水利利利利利工工工工工程程程程程时时时时时，，，，，想想想想想到到到到到了了了了了用用用用用煅煅煅煅煅烧烧烧烧烧再再再再再浇浇浇浇浇水水水水水的的的的的方方方方方法法法法法来来来来来破破破破破除除除除除河河河河河道道道道道中中中中中的的的的的岩岩岩岩岩石石石石石。。。。。 变得很热，且里外冷热不均。

4、随3增大，岩石的塑 性不断增大，随σ3增大 到一定值时，岩石由弹 脆性转变为塑性。这时， 3的大小称为“转化压 力” 。 5、随3的增大，岩块从 脆性劈裂破坏逐渐向塑 性剪切及塑性流动破坏 方式过渡。
(4)破坏后阶段(D点以后段)： 岩块承载力达到峰值后，其内部结构完全破坏，但试 件仍基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展、交叉且 相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿 宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降， 但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载能力。 峰值后变 形曲线与峰值 前曲线合称为 全过程曲线， 与之对应，峰 值前曲线称为 前过程曲线。
峰值后： ①加、卸荷曲线的斜率依次降低，说明岩石的刚度随破 坏程度的增大而降低。 ②加载曲线的最高点均低于卸载点 ③每一条加载曲线与峰值后曲线连接起来，都能构成一 条应力应变全过程曲线（代表具有一定破裂程度的岩 石）。
（2）反复循环荷载 ——同一压力水平上 反复加荷、卸荷。 若在b点对应的压力水 平上反复卸载、加载则会得 到如图全过程曲线——岩石 最后在比峰值强度低的应力 水平下发生破坏——疲劳破 坏。这时，循环荷载的应力 值即为疲劳强度。 of 曲线即为在低于极 限应力水平的各级荷载下， 岩石变形稳定时应力与最终 应变曲线。
由于微破裂的出现，试件体积压缩速率减缓， σ-εv曲线偏离直线向纵轴方向弯曲。这一阶段的 上界应力(C点应力)称为屈服极限。
(3)非稳定破裂发展阶段(或称累进性破裂阶段)(CD段)： 进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化。由 于破裂过程中所造成的应力集中效应显著，即使外荷载 保持不变，破裂仍会不断发展，并在某些薄弱部位首先 破坏，应力重新分布，其结果又引起次薄弱部位的破坏。 依次进行下去直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为 扩容。轴向应变和体积应变速率迅速增大。试件承载能 力达到最大，本阶段的上界应力称为峰值强度或单轴抗 压强度。

岩石会改变模样吗
教学目标
1、说出和解释岩石风化的主要原因； 2、经历岩石风化原因的探究实验；
3、风化作用是怎样改变地形地貌的？ 4、欣赏自然界岩石变化形成景观，获得美的感受。
岩石会改变模样吗
• 我们看到过山里的岩石吗? • 在山脚下，我们往往能看到岩石什么
样的痕迹，为什么? • 在山区的河道上和沙滩上,你又看到了
01 教学背景
Teaching background
03 教学分析
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02 教学过程
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04 教学设计
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教学备用模板
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MOMODA POWERPOINT
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什么样的岩和石块?是什么原因? • 植物从岩缝生长，动物在岩石上活动，
在凹处做窝，对于岩• 讨论：是什么力量使看起来坚硬的 岩石发生了变化?
• 1、冷和热的作用 • 2、流水的作用 • 3、植物的作用 • 4、动物的活动
科学概念
• 由于受水、大气、气温或动植物的 作用，岩石破碎，这种现象叫风化。
• 现在我们能解释岩石上为什么布满 了裂缝，山脚下，溪滩上的碎石和 沙粒了吗？
岩石风化
岩石 风化 岩石破碎 再风化 小石子和沙
风化作用改变了地形地貌
• 说一说你知道的我们家乡的有关美丽景观 • 知道形成的原因吗？ • 科学概念： •

构造地质学
岩石的变形阶段
岩石的变形阶段
01. 弹性变形 02. 塑性变形 03. 断裂变形
1.弹性变形
σb
σs
弹性变形：
σσep
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。
图2-14 塑性材料拉伸时的应力应变曲线图 σp-比例极限；σe-弹性极限； σs-屈服极限；σb-强度极限；
岩石经塑性变形后，岩石内部的结合力基本 未遭破坏，仍保持其连续完整性。褶皱构造就是自 然界中最典型的塑性变形。
塑性变形的应变量： 脆性岩石：<3%-5%； 脆性-韧性岩石： 5%-8%； 韧性岩石：>10%。
2.塑性变形
2.塑性变形
岩石的变形阶段
01. 弹性变形 02. 塑性变形 03. 断裂变形
对于同一种岩石而言，三个强度之间的关系是：抗压强度>抗剪强度>抗张强度；抗压强度 大约是抗剪强度的10倍，是抗张强度的30倍左右。
岩石的变形阶段
01. 弹性变形 02. 塑性变形 03. 断裂变形
2.塑性变形
σb σs σσep
塑性变形阶段
图2-14 塑性材料拉伸时的应力应变曲线图 σp-比例极限；σe-弹性极限； σs-屈服极限；σb-强度极限；
塑性变形： 在应力超过岩石的弹性极限时，即使卸去外力，
变形也不能完全消失，而会出现剩余变形。
3.断裂变形
岩石的断裂变形有两种方式：张裂与剪裂
图2-15 张裂和剪裂的形成、分布与应力-变形的关系
3.断裂变形
岩石性质不同，其破裂方式也不同。韧性岩石在破裂前首先出现细颈 化现象，脆性岩石则不存在细颈化现象。
图2-16 岩石中的细颈化和透镜体化现象 （广东大降平，据蓝琪峰等）

岩石变化
岩石的变化可能是什么原 因造成的呢？
梵净山头重脚轻、 千张万页叠层板状的 蘑菇岩
光滑圆润的礁石
2000多年前，李冰父子在修建都江堰（yàn）水 利工程时，想到了用煅烧再浇水的方法来破除河道中 的岩石。
李冰父子 都江堰
温度变化对岩石的影响
白天太阳对岩石的曝晒， 使岩石变得很热。
夜间岩石的冷却
温度变化对岩石的影响
夏天太阳对岩石的曝晒，使岩石 变得很热，且里外冷热不均。
冬天冰雪让岩石受冷，使岩石 表面变得很冷，且里外冷热不均。
温度变化对岩石的影响
经过长年累月的影响，岩石在冷热的变化中， 会出现裂缝甚至崩蹋。
水对岩石变化的作用
பைடு நூலகம்酸性地下水的溶蚀
水对岩石变化的作用
植物对岩石变化的作用
长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。努力，终会有所收获，功夫不负有心人。以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。前进的路上 照自己的不足，学习更多东西，更进一步。穷则独善其身，达则兼济天下。现代社会，有很多人，钻进钱眼，不惜违法乱纪；做人，穷，也要穷的有骨气！古之立大 之才，亦必有坚忍不拔之志。想干成大事，除了勤于修炼才华和能力，更重要的是要能坚持下来。士不可以不弘毅，任重而道远。仁以为己任，不亦重乎?死而后已， 理想，脚下的路再远，也不会迷失方向。太上有立德，其次有立功，其次有立言，虽久不废，此谓不朽。任何事业，学业的基础，都要以自身品德的修炼为根基。饭 而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。财富如浮云，生不带来，死不带去，真正留下的，是我们对这个世界的贡献。英雄者，胸怀大志，腹有良策， 吞吐天地之志者也英雄气概，威压八万里，体恤弱小，善德加身。老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志老去的只是身体，心灵可以永远保持丰盛。乐 其乐；忧民之忧者，民亦忧其忧。做领导，要能体恤下属，一味打压，尽失民心。勿以恶小而为之，勿以善小而不为。越是微小的事情，越见品质。学而不知道，与 行，与不知同。知行合一，方可成就事业。以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。若是天下人都能互相体谅，纷扰世事可以停歇。志不强者智不达，言不 越高，所需要的能力越强，相应的，逼迫自己所学的，也就越多。臣心一片磁针石，不指南方不肯休。忠心，也是很多现代人缺乏的精神。吾日三省乎吾身。为人谋 交而不信乎?传不习乎?若人人皆每日反省自身，世间又会多出多少君子。人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。给世界和身边人，多一点宽容，多一份担 为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。立千古大志，乃是圣人也。丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。淡看世间事，心情如浮云天行健，君子以自强不息。地 载物。君子，生在世间，当靠自己拼搏奋斗。博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。进学之道，一步步逼近真相，逼近更高。百学须先立志。天下大事，不立 川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚做人，心胸要宽广。其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。身心端正，方可知行合一。子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧 者，不会把时间耗费在负性情绪上。好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。力行善事，有羞耻之心，方可成君子。操千曲尔后晓声，观千剑尔后识器做学问和学技 的练习。第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。人总是珍惜未得到的，而遗忘了所拥有的。谁伤害过你，谁击 重要的是谁让你重现笑容。幸运并非没有恐惧和烦恼；厄运并非没有安慰与希望。你不要一直不满人家，你应该一直检讨自己才对。不满人家，是苦了你自己。最深 一个人，而是心里没有了任何期望。要铭记在心；每一天都是一年中最完美的日子。只因幸福只是一个过往，沉溺在幸福中的人；一直不知道幸福却很短暂。一个人 贡献什么，而不应当看他取得什么。做个明媚的女子。不倾国，不倾城，只倾其所有过的生活。生活就是生下来，活下去。人生最美的是过程，最难的是相知，最苦 的是真爱，最后悔的是错过。两个人在一起能过就好好过！不能过就麻利点分开。当一个人真正觉悟的一刻，他放下追寻外在世界的财富，而开始追寻他内心世界的 弱就是自己最大的敌人。日出东海落西山，愁也一天，喜也一天。遇事不转牛角尖，人也舒坦，心也舒坦。乌云总会被驱散的，即使它笼罩了整个地球。心态便是黑 可以照亮整个世界。生活不是单行线，一条路走不通，你可以转弯。给我一场车祸。要么失忆。要么死。有些人说：我爱你、又不是说我只爱你一个。生命太过短暂 不一定能得到。删掉了关于你的一切，唯独删不掉关于你的回忆。任何事都是有可能的。所以别放弃，相信自己，你可以做到的。、相信自己，坚信自己的目标，去 的磨难与挫折，不断去努力、去奋斗，成功最终就会是你的！既然爱，为什么不说出口，有些东西失去了，就在也回不来了！对于人来说，问心无愧是最舒服的枕头 他人的成功，被人嫉妒，表明自己成功。在人之上，要把人当人；在人之下，要把自己当人。人不怕卑微，就怕失去希望，期待明天，期待阳光，人就会从卑微中站 想去拥抱蓝天。成功需要成本，时间也是一种成本，对时间的珍惜就是对成本的节约。人只要不失去方向，就不会失去自己。过去的习惯，决定今天的你，所以，过 今天的一败涂地。让我记起容易，但让我忘记我怕我是做不到。不要跟一个人和他议论同一个圈子里的人，不管你认为他有多可靠。想象困难做出的反应，不是逃避 面对它们，同它们打交道，以一种进取的和明智的方式同它们奋斗。他不爱你，你为他挡一百颗子弹也没用。坐在电脑前，不知道做什么，却又不想关掉它。做不了 间帮你决定。如果还是无法决定，做了再说。宁愿犯错，不留遗憾。发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自 把研究继续下去。我的本质不是我的意志的结果，相反，我的意志是我的本质的结果，因为我先有存在，后有意志，存在可以没有意志，但是没有存在就没有意志。 的福利，可以使可憎的工作变为可贵，只有开明人士才能知道克服困难所需要的热忱。立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶， 出现不是对愿望的否定，而是把愿望合并和提升到一个更高的意识无论是美女的歌声，还是鬓狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。即 难，已经开始了的事情决不放弃。最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。意志若是屈从 它都帮助了暴力。有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。意志坚强，只有刚强的人，才有神圣的意志，凡是战斗的人，才能取得胜利。卓越的人的一大优点 的遭遇里百折不挠。疼痛的强度，同自然赋于人类的意志和刚度成正比。能够岿然不动，坚持正见，度过难关的人是不多的。钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的， 么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中锻炼出来的，学习了不在生活面前屈服。只要持续地努力，不懈地奋斗，就没有征服不了的东西。

（当 const 时 (t) ）
弹性后效——停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。
粘性流动——蠕变后卸载，部分变形不能恢复的现象。
3、蠕变曲线： 岩石蠕变的类型：
不稳定蠕变
稳定蠕变 （低应力） 不稳定蠕变（高应力）
典型蠕变曲线： （蠕变三阶段）
稳定蠕变
初始蠕变阶段——应变增加，但应变增加速率降低； 定常蠕变阶段——应变增加速率保持不变； 加速蠕变阶段——应变增加速率迅速增加，直至破坏。
（严格讲，μ仅在弹性范围适用，对塑性部分不适用 , 由于引入变形摸量，塑性区可用，μ最大为0.5。)
③剪切模量G——剪切虎克定律比例系数。 ④拉梅常数λ——将应力应变联系起来的弹性常数。 ⑤体积模量Kv——体积弹性摸量。
5、岩石变形中的扩容现象：
①扩容现象——岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移， 导致体积扩大的现象。
E
σ～ε曲线呈非线性关系
初始模量:
E
初＝
d d
0
切线模量（直线段）：
E
切＝
a a
2 2
a1 a1
割线模量： E割
工程上常用E50 ：
E 50
50 50
E
Et
Et
d d
Et
E0
e
p
②泊松比μ：（变形传递能力）
泊松比μ——岩石横向应变与纵向应变的比值。
x y
在弹性阶段：其为常数。 在塑性阶段：不为常数。
巴西法
σy σx
岩石的抗拉强度最小，约为抗压强度的3—30%
（四）抗剪切强度：
抗剪强度——岩石在剪切载荷作用下，破坏时所能承受的最大剪应力。
1、试验装置： 非限制性剪切（单、双面、冲剪、扭剪）（无正应力） 限制性剪切（直剪仪、角摸压剪试验仪）

三、岩石弹、塑性变形机理的微观分析
四、岩石的流变特性
岩 石 变 形
与时间无关的变形
弹性（可恢复） 塑性（不恢复）
蠕变
松弛 岩石的时间 效应
与时间有关的变形—流变
蠕变：应力恒定，岩石应变随时间而增大的现象， 又称徐变。 应力松弛：应变恒定，应力随时间而减小的现象。
（一）典型的蠕变曲线（分三阶段）
1、初始蠕变阶段（瞬态蠕变阶段）AB。
3 围压越大，峰值应力对应的应变
值越大。岩石变形明显地表现出由 低围压下的脆性破坏向高围压下的 塑性破坏转变。
（二）当 2 3，且 3 为常数时岩石变形特性（图2.21b）
（1）
2 B
；
（2）E基本不受 2 变化影响 （3） 2
岩石变形由塑性向脆性过渡。
km
k s'
' km
（2）应力—应变全过程曲线形态
在刚性机下，峰值前后的全部应力—应变曲线分5个阶段：1-3阶段 同普通试验机。
CD阶段（应变软化阶段）：
①该阶段试件变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移； ②试件仍具有一定的承载力，承载力随应变的增大而减小，但
并不降到零，具有明显的软化现象。
D点以后（摩擦阶段）：反映断裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。
4 扩容概念：
指岩石受外力作用后，发生的非线性体积膨胀现象，并且 该体积膨胀不可逆。 5 扩容产生原因： 岩石试件在不断加载过程中，由于试件中产生微裂纹的张 开、扩展、贯通等现象，使岩石内的孔隙不断增大，同时促 使岩石在宏观上表现为体积也随之增大的现象。
一般单轴、三轴都出现，只是围压增大，扩容量减小。
（2）弹性变形阶段（AB段）

01 岩石的变形习性
岩石的变形习性
第一节 岩石的变形习性 第二节 影响岩石变形习性的因素
一、实验条件下岩石变形习性 二、岩石的脆性破裂 三、塑性变形机制
一、实验条件下岩石变形习性
弹性变形 塑性变形 断裂变形
（一）弹性变形 物体在外力作用下产生变形，当外力解除后， 又完全恢复到变形前的状态。符合虎克定律： σ= E e
“准则”与实验结果仍有较明显不一致
–预计的单轴抗压与抗张强度之比都过低 –莫尔包络线与实际的斜率不严格一致
尽管存在一些不足，“准则”仍然是较为合 乎实际的，广泛用于构造地质和岩石力学分 析
三、 岩石的塑性变形机制
岩石的塑性变形机制远比脆性变形机制 复杂
绝大部分塑性变形是通过矿物单晶晶内 滑动或粒间滑动实现的
不同
二、岩石的脆性破裂
试验和自然界宏观破裂的主要形式
– 张裂——位移方向垂直于破裂面 – 剪裂——位移方向平行于破裂面
张裂面
特点剪：裂面 １）σ 1平行于张裂面； ２）σ1是两组剪裂面的平分
线； ３）两组剪裂面相交于σ2轴.
（一）库仑剪破裂准则
p1
p2 m
σn n
τ
45
岩石的抵抗剪切 破裂的能力不仅
塑性变形机制有多种，包括晶内滑动和 颗粒变形，动态重结晶，粒间滑动等。
（一）晶内滑动和颗粒变形
晶内滑动——沿晶体内部一定滑移系发 生，由晶体结构所决定。滑移面通常为 高原子／离子密度面。滑移方向平行原 子／离子排列最密集的方向
石英底面（0001）
石英沿着[0001]的滑移，BD为滑动面，滑动面间距不变 晶内滑移使晶粒形状改变，结晶轴发生旋转,产生晶格优选方位
高应变能储存在变形晶粒 边界和局部高位错密度处， 在较高温度下形成新生颗 粒（核幔构造）