文档介绍：构造地质学讲断层
第1页，共28页，2022年，5月20日，4点50分，星期四
断层形成的相关因素
断层形成是一个复杂的动力学过程，也是一个复杂的课题，涉及以下有关因素：
破裂发生和断层的形成
断层作用与应力状态
岩石本身的力应力圆的公切线。
σ1
σ1
σ1>σ2=σ3
σ3
σ3
σ2
σ2
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页岩砂岩不同围压下莫尔包络线
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莫尔包络线特征和意义
包络线代表了断层作用的应力的临界值，当一点的应力状态的应力圆与莫尔包络线相切，这点就开始破裂，称为莫尔包络线为破坏曲线。
莫尔包络线分开了不稳定域和稳定域。
莫尔包络线可以是一对直线，也可以是曲线。
莫尔包络线总是向最大主应力（压应力）方向张开，它表示岩石在压缩条件下比拉伸条件下要强。
断裂线
不稳定域
稳定域
τ=τ0+μσn
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不同应力状态下的摩尔圆
表示应力的莫尔圆是研究岩石破坏理论各种准则的有价值的形象化手段。
表示三种应力状态：纯张、纯剪和纯压。
表示应力值大小：拉伸时一个主应力为负值，另一个主应力为0；纯剪切时是一对相等的正值和负值；压缩时一个主应力为正值，另一个主应力为0。
圆的直径逐渐增大，表示最大主应力与最小主应力之间的差逐渐增加（⊿σ=σ1-σ3 ），当应力差达到某一特定值时，材料即发生破坏。
纯拉伸莫尔圆直径最小，暗示材料抗拉强度比抗压强度小得多（两者相差10-20倍）。
τ
σ
断裂线（包络线）
纯张
纯剪
纯压
一般压缩
σ1
σ3
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破裂方位与莫尔包络线形状的 相互关系
对于图中每一个应力圆来说，预期大致在P平面上发生破裂，包络线斜率为正的，一般角度（σ1与断裂面夹角）小于45º。
P1点：断裂面与σ1呈30º斜交，剪破裂；
P2点：断裂面与σ1呈25º斜交，张剪切破裂；
P3点：张裂面与σ1平行（0º）。
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库伦－纳维叶准则存在问题：
格里菲斯发现：岩石破裂强度远远小于根据分子结构理论计算出来的岩石粘性强度，甚至可以小10-20倍？？？
Griffith理论：Griffith检查库伦－纳维叶准则时发现，在微观尺度上，岩石像玻璃一样，它的破裂受到材料原始先前存在的微观裂缝影响，这种裂隙称为Griffith裂隙。由于在裂隙口的尖端产生应力集中，使岩石对断裂作用的阻力减弱。实验结果的抛物线形包络线与Griffith模式一致。
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方程式：当σ1<-3σ3时，σ3=-T0 (1) 张裂准则，单轴抗张强度
当σ1>-3σ3时，τn2=4T0(T0+σn) （2）单轴压缩下抗压强度
式中，T0为单轴拉张强度值
τn 和σn分别为剪裂面上的剪应力和正应力。
包络线特征：抛物线形包络线。
适用条件：在脆性变形方面迈出了一大步，适用于原始材料具有各向
异性和已存在不同微裂隙条件下。
τn =uσn + 2 T0
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断层方位与应力方向的关系 （安德森模式）
提出模式前提：
1）地面与空气之间无剪应力作用；
2）三轴应力状态中一个主应力轴垂直地面；
3）断层面是剪切破裂面。
断层应力状态：
正断层：σ1直立，σ2和σ3水平。
逆断层：σ1和σ2（中间主应力轴）水平，σ3垂直。
平移断层（走滑断层）：σ1和σ3水平，中间轴（σ2）直立。
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正断层形成条件
应力状态：σ1直立，σ2和σ3水平。
断层产状特征：σ2与断层走向一致，上盘顺断层倾向下滑。
正断层形成条件：最大主应力（σ1）在垂直方向上逐渐增大，或者最小主应力（σ3）在水平方向上减小。地壳水平拉伸和垂向上隆是最适合于发生正断层的应力状态。
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逆断层形成条件
应力状态：σ1和σ2（中间主应力轴）水平，σ3垂直。
断层产状特征：σ2平行于断层走向，上盘顺断层倾向向上滑动。
逆断层产生条件：σ1在水平方向上逐渐增大，或者σ3逐渐减小。地壳中水