有限应变的有关概念

如题所述

(一)有限应变和递进变形

有限应变:岩石变形经历了从初始态到最终态的全过程。如果在这一过程中的某一时刻t时的总应变为E,在t+Δt(Δt为时间的增量)时间的总应变∑=E+ΔE,显然ΔE是Δt时间内应变的增加量,叫做增量应变;∑是t+Δt时间内全部应变的积累,称为全量应变或有限应变。显然,岩石变形最终状态的应变是有限应变。

递进变形:从初始态到最终态岩石变形的全过程称为递进变形。根据递进变形过程中应变主轴方位是否发生变化分为共轴递进变形和非共轴递进变形(图3-20):①共轴递进变形是指增量应变主轴方位与有限应变主轴方位始终保持一致的递进变形(图3-20A),递进纯剪切变形是典型的共轴递进变形。②非共轴递进变形是指有限应变主轴和增量应变主轴方位不一致的递进变形,简单剪切变形是典型的非共轴递进变形(图3-20B)。

Ramsay et al.(1983)研究了剪切带中张裂隙脉的演化过程,为递进变形提供了一个典型实例(图3-21)。初始剪切位移时,在剪切带内形成雁行排列的张裂隙,与剪切带成135°夹角(图3-21A),裂隙形成后将随着剪切带中发生的位移而转动,使该角小于135°;随着剪切带的加宽和变形前峰向外移动,裂隙尖端扩展进入剪切带围岩。由于扩展方向受增量应变控制,因而裂隙扩展方向始终与剪切带成135°夹角,从而使扩展后的裂隙尖端与已发生旋转的脉的中央部分总体上呈现S 形,同时在剪切带中形成与带壁成135°角的新生张裂(图3-21B);在进一步剪切变形中,第一阶段张裂达到最大的S形弯曲,第二阶段张裂形成初步S形弯曲并形成第三阶段雁行状平直张裂隙(图3-21C)。

图3-20 共轴递进变形(A)和非共轴递进变形(B)的增量应变和全量应变

图3-21 剪切带中张裂隙的递进发展

(据J.G.Ramsay et al.,1983)

(二)均匀应变和非均匀应变

根据物体变形前后的几何学标准,将应变分为均匀的和非均匀的。判别均匀应变的几何标准是(图3-22):①直线变形后仍为直线,平面变形后仍为平面;②平行线变形后仍为平行线,平行的平面变形后仍保持平行;③物体内任意给定方向线段的e、λ、γ值是常数。不符合上述几何标准的任何一项即为非均匀应变。

图3-22 均匀应变和非均匀应变

岩石中应变的均匀性和非均匀性有时可视研究的范围不同而变化。例如,水平岩层发生褶皱后,由于两翼及转折端岩层产状有明显差异,因此对整个褶皱来说应变是非均匀的;但如果将褶皱的一小部分作为研究对象,这一小部分应变可以是均匀的。作为构造地质学研究对象的变形地质体,其应变主要属于非均匀应变。由于非均匀应变在数学解析上十分复杂,所以通常将研究范围划分为若干个均匀应变域进行数学分析

(三)二维有限应变形式

地质体内任意一点的变形都是坐标xyz的函数。因此,所有应变问题都是三维的。但对于一些特殊问题,二维应变分析即能获得满意的结果。例如,对于沿枢纽方向变形没有显著变化的褶皱,垂直褶皱枢纽方向截面上的应变分析便可以确定褶皱的应变状态。另外,三维有限应变分析是建立在二维应变分析的基础上。因此二维应变分析是构造地质学中岩石有限应变分析的基础。

Ramsay(1985)根据变形地质体内质点的位移形式,将常见的二维有限应变分成如下几种情况(图3-23)。

图3-23 二维有限应变类型

单轴伸缩:变形体内所有质点沿着某一坐标轴方向位移(图3-23A)。如果点P变形前的坐标是P(x,y),变形后移至P′(x′,y′),则有:

构造地质学(第二版)

式中:ex是x方向的伸长度。

双轴伸缩:变形体内质点在x轴和y轴方向均有位移,但变形前任一给定直线上各点应变参数e、γ、ψ相等(图3-23B)。如果变形前一点P(x,y)变形后移至P′(x′,y′),则有:

构造地质学(第二版)

式中:ex、ey分别为x、y方向的伸长度。双轴伸缩的面积变化为(1+ex)(1+ey)-1。

纯剪切:在双轴伸缩中,如果变形前后面积不发生变化,即(1+ex)(1+ey)=1,则称为纯剪切变形。

简单剪切:质点平行x轴位移,变形前平行y轴的直线旋转ψ角(图3-23 C)。如果变形前一点P(x,y)变形后移至P′(x′,y′),则有:

构造地质学(第二版)

此种变形即为简单剪切。

叠加情况:上述几种单一形式的平面有限应变可进一步叠加,如简单剪切与简单剪切叠加或简单剪切与双轴伸缩叠加等,则形成复杂的平面有限应变情况。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
相似回答