Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Каждая кристаллическая решетка обладает определенной потенциальной энергией, которая может быть выражена следующим приближенным уравнением:
где г — расстояние между центрами тяжести частиц; А и В — константы Маделунга, зависящие от химического состава вещества и температуры? тип — величины, определяющиеся характером решетки.
дователей (1933)
Условия перехода У—>П детально изучены, особенно в работах советских иссле-ией Н. Н. Давиденкова (1938), И. Н. Миролюбива (1938) и И. А. Одинга
2*
19
Первая производная уравнения потенциальной энергии:
dE _ Am Bn
характеризует величину равнодействующей межатомных или межмолекулярных сил притяжения и отталкивания в данной кристаллической ре-dE
шетке. Когда ¦^- = 0, равнодействующая сил, проявляющихся между
частицами, также равна нулю, потенциальная энергия решетки минимальна, частицы тела находятся в равновесии и расстояния между ними для данного вещества, при данной температуре представляют определенную величину, являющуюся параметром решетки.
Всякое изменение расстояний между частицами сравнительно с нормальными для данной решетки вызывает увеличение запаса потенциальной энергии и возникновение соответствующих напряжений. Без изменения расстояний между частицами напряжения в теле получены быть не могут. Для геологов важно подчеркнуть, что не только внешнее воздействие, но и любой физический или химический процесс, происходящий в горных породах, вызывает напряжения, если он связан с изменением межатомных или межмолекулярных расстояний. Повышение температуры, фазовые превращения, диффузия и рекристаллизация при процессах метаморфизма, —все эти явления сопровождаются возникновением напряжений в породах, где они происходят. В связи с этим тектонические силы в земной коре могут иметь своей первопричиной не только внешние воздействия, вызванные, как представляется, изменениями состояния и объема вещества в глубоких зонах Земли. Такого же рода превращения могут быть вызваны физико-химическими процессами развития вещества в самой земной коре.
МЕХАНИЗМ УПРУГОЙ И ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Рассмотрим физический механизм явлений деформации, учитывая, что потенциальная энергия кристаллической решетки есть функция расстояния между центрами тяжести тепловых колебаний частиц, составляющих решетку (Иоффе, 1929). При упругой деформации происходит сравнительно незначительное смещение центров тяжести колебаний частиц с мест устойчивого равновесия.
Очевидно, это состояние вынужденное, в теле возникают напряжения, но при снятии силы частицы снова займут прежние места, что характерно для упругой деформации (рис. П-2а).
При пластической деформации кристаллов в ее результативной форме напряжения отсутствуют, потому что частицы перемещаются на полную величину расстояния между центрами тяжести тепловых колебаний частиц кристаллической решетки и, таким образом, снова оказываются в положении устойчивого равновесия. Простейшим способом пластической деформации в кристаллическом веществе является трансляция, т. е. скольжение одного слоя кристаллической решетки относительно другого (рис. II-2 б) К
Как видно из чертежа, когда скольжение произошло на длину, кратную расстоянию между центрами тяжести частиц г, кристаллическая решетка оказывается в новом положении устойчивого равновесия. Однако деформация ее неизбежно должна пройти стадию нарушения
1 См. примечание [1], помещенное в конце книги.
равновесия, т. е. пластическая деформация осуществляется в результате упругой деформации. Процесс выведения частиц из состояния равновесия и нахождения ими нового состояния равновесия будет повторяться пока осуществляется трансляция, следовательно, пока происходит пластическая деформация, будет происходить и упругая деформация.
Описанное явление трансляции в таком «чистом» виде имеет место только при очень малых пластических деформациях. Увеличение пластической деформации очень быстро приводит к искривлению решеток
Рис. 11-2. Схемы различных видов деформации
а) упругая деформация кубической кристаллической решетки; б) трансляционное скольжение в ромбоэдрической решетке. Г—след плоскости трансляции, t~ направление трансляции, не обязательно совпадающее с плоскостью чертежа; в) двойниковое скольжение в ромбоэдрической решетке. ДП — след двойниковой плоскости. Стрелками показан характер движения при двойниковании
транслирующихся кристаллов, частичному разрушению решеток вдоль плоскостей концентрации движения ИТ. д.
При трансляции в некоторых случаях в кристаллических зернах происходит образование двойников. Механическое д в о й н и к о-в а н и е представляет тип трансляции, при которой амплитуда смещения слоев кристаллической решетки изменяется в соответствии с законами симметрии. В сдвойникованных кристаллах строение каждой последующей пачки слоев решетки представляет зеркальное отражение предыдущей пачки слоев (рис. 11-2 в).
Ползучесть и релаксация -
Эти виды деформации относятся к явлениям последействия, при которых деформация происходит не сразу, а в течение некоторого промежутка времени. На рис. II-3 дано диаграмматическое изображение явлений последействия в такой форме, как их принято изучать при экспериментах. В первом случае (а) поддерживают нагрузку постоянной, причем деформация продолжается в течение некоторого времени (явление ползучести). Во втором случае (б), поддерживая постоянной величину деформации, наблюдают уменьшение напряжений, необходимых для того, чтобы сохранять достигнутые размеры деформации (явление релаксации). Оба явления по существу отражают один процесс, который заключается в постепенном уменьшении интенсивности внутренних сил упругости, возникших в теле при приложении нагрузки, в связи с развитием пластических деформаций, которое происходит достаточно медленно.
