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04 第四章 变形岩石应变分析基础.ppt

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本课件讲解变形岩石的应变分析基础,先区分变形、位移与应变三个概念,随后给出线应变、剪应变与主应变方向的度量方法,引入应变椭球体描述三维应变状态并对比单剪与纯剪,最后说明全量应变与增量应变及共轴与非共轴递进变形。

第四章章首页,本章讲解变形与位移、应变的度量与递进变形
第四章本章主要内容页,列出变形位移应变概念、应变度量与递进变形等要点
岩石变形的五种方式图示,并按变形后状态区分均匀变形与非均匀变形
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第1页:第四章 应变分析基础

第四章 应变分析基础

第2页:第四章本章主要内容

本章主要内容

  • 变形、位移和应变的概念
  • 应变的度量(线应变与剪应变)
  • 旋转应变与非旋转应变
  • 全量应变与增量应变
  • 递进变形(共轴递进变形与非共轴递进变形)

第3页:变形的概念与方式

一、变形和位移

变形
岩石的初始状态、方位和位置的改变就是变形。

岩石变形有五种方式,按变形后的状态可分为均匀变形与非均匀变形。

第4页:位移的四种方式

2.位移:变形岩石内部质点初始位置到终止位置之间的移动距离就是位移。

位移有四种方式:平移、旋转、形变和体变。

第5页:应变的概念与量度

二、变形的度量——应变:物体的变形程度用应变来度量,物体在某一时刻的形态与早先的形态(一般指初始状态或未变形的状态)之间的差别就是物体在该时刻的应变。

应变的一般情况:原始状态经挤压、拉伸与剪切后的形态变化。

第6页:线应变与正负约定

1.线应变:线应变是物体内某方向单位长度的改变量。设一原始长度为l0的杆件变形后长度为l,则其线应变e=(l-l0)/l0。

线应变可用百分数表示,一般把伸长时的线应变取正值,缩短时的线应变取负值。

第7页:横向变形与泊松比

实际上,杆件在纵向被拉长的同时还有横向方向的变形,材料具有泊松比的性质表明,在单向拉伸或压缩条件下,既有平行于作用力方向的变形,又有垂直于作用力方向的变形,这就是泊松效应。

泊松比
在弹性变形内,一种材料的横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一常数,该常数就是该材料的泊松比(ν)。

第8页:剪应变与主应变方向

2.剪应变:变形前相互垂直的两条直线,变形后直角的改变量(ψ)称为角剪切应变,或简称角剪应变,其正切值γ称为剪应变,即γ=tgψ。

3.主应变和应变主方向:在均匀变形条件下,通过变形物体内部任意点总是可以截取一个体积微小的立方体,其三对相互垂直的表面上都只有线应变而无剪应变,这三对相互垂直的截面就是该点的主应变面,其上的线应变称为主应变,其方向称为应变主方向或主应变轴。

  • 平行于最大伸长方向者称为最大应变主方向λ1,或最大主应变轴A
  • 平行于最大压缩方向者称为最小应变主方向λ3,或最小主应变轴C
  • 介于其间的为中间应变主方向λ2,或中间主应变轴B

第9页:应变椭球体

三、应变椭球体:设想在变形前岩石中有一个半径为1的单位球体,该球体变形而成的椭球体可以用来描述岩石的应变状态,这个椭球就是应变椭球体。

图示:应变椭球体的三个主轴A(X)、B(Y)、C(Z)及圆截面。

第10页:单剪与纯剪应变对比

旋转应变与非旋转应变:

旋转变形
又称单剪应变,是由物质中质点沿着彼此平行的方向相对滑动而成,λ1和λ3质点线方向将会改变。
非旋转变形
又称无旋转变形、纯剪应变,λ1和λ3质点线方向在变形前后保持不变。

第11页:全量应变与增量应变

四、递进变形:在同一动力持续作用的变形过程中,应变状态发生连续地变化。

全量应变
又叫有限应变、总应变,是变形历史中某一瞬时之前已经发生的应变总和。
增量应变
又叫瞬时应变、无限小应变,是变形期中某一瞬间正在发生的无限小应变。

图示:用卡片模拟简单剪切的递进变形过程。

第12页:共轴与非共轴递进变形

2.共轴递进变形与非共轴递进变形:

  • 共轴递进变形:各增量应变椭球体的主轴始终与有限应变椭球体的主轴一致,递进纯剪变形是共轴递进变形的典型实例
  • 非共轴递进变形:各增量应变椭球体的主轴与有限应变椭球体的主轴不一致,递进的简单剪切是非共轴递进变形的典型实例

第13页:第四章思考题

思考题

  • 什么是变形、位移和应变?
  • 线应变与剪应变的含义?
  • 简单剪切与纯剪有什么不同?
  • 全量应变与增量应变之间是什么关系?
  • 共轴递进变形与非共轴递进变形的概念
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