Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Представление о взаимно перпендикулярном расположении трех главных осей деформации и соотношениях, существующих между ними и поверхностями максимальных скалывающих и отрывающих напряжений, является основой для анализа деформаций горных пород на современном, уровне науки [4].
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ВНЕШНИМИ СИЛАМИ, НАПРЯЖЕННЫМ СОСТОЯНИЕМ ВЕЩЕСТВА И ДЕФОРМАЦИЕЙ
СПОСОБЫ ПРИЛОЖЕНИЯ ВНЕШНИХ СИЛ
1. Всестороннее (гидростатическое) сжатие или растяжение представляет приложение сил, воздействующих на тело со всех сторон. Таким образом, приложенные силы направлены нормально к любой произвольно ориентированной площадке в теле и образуют изотропное силовое поле. Выше было показано, что всестороннее сжатие не вызывает
образования касательных напряжений ни в одном сечении деформируемого тела. Таким образом, всестороннее сжатие (и до момента разрушения тела, также всестороннее растяжение) вызывает только изменение объема деформируемого тела.
Для определения величины всестороннего сжатия или растяжения в случае анизотропного (дифференциального) силового поля достаточно
сумму главных напряжений разделить на три: свеест = ^ (о1-\-а.2-\- а.^).
2. Направленные (дифференциальные) внешние силы и связанные с ними девиаторные напряжения. Напряжения на главных сечениях деформируемого тела, возникающие в связи с приложением направленных внешних сил, имеющих разную величину в различных направлениях, называются девиаторными напряжениями. В направлении главных нормальных напряжений они равны: O1 — овсест_; а2 — овсест_; а3 — овсест.
а) невращательные направленные силы характеризуются тем, что в любом сечении тела при их приложении не образуется пары сил, способных сообщить вращение деформируемому телу. Деформация и напряжения, связанные с такими силами, также называются невращательными. Частными случаями невращательного напряжения являются осевое сжатие, осевое растяжение, а также чистый сдвиг, описанный выше;
б) вращательные направленные силы (пара сил). Деформации, связанные с вращательными силами, осуществляются путем скалывания или сдвига. Важнейшей характерной особенностью скалывания или сдвига (см. ниже объяснение к рис. II-19 в) является непрерывное изменение угловых отношений между направлением действующих сил и главными осями деформации (вращательная деформация).
ВНЕШНИЕ СИЛЫ, НАПРЯЖЕНИЕ И ДЕФОРМАЦИЯ
Обычно при геологических наблюдениях нелегко, а иногда невозможно отличить деформации, вызванные невращательными силами, от деформаций, образованных вращательными силами. Поэтому остается неясной ориентировка внешних тектонических сил. Для того чтобы уяснить себе это, обратимся к следующей модели (Лизе, 1935). Модель представляет проволочную сетку, натянутую на квадратной раме, углы которой имеют шарнирное соединение, благодаря чему эту раму можно деформировать. На сетке краской нарисована окружность (рис. П-19а) и к одному из узлов сетки, являющемуся центром окружности, прикреплен равный по размерам картонный круг. Круг связан с сеткой только в одной точке, а потому не деформируется при деформации сетки и будет отмечать первоначальную форму нарисованной на сетке окружности. Приложим к раме сетки невращательные силы (рис. П-19 6). Окружность на сетке превратится в эллипс, главные оси которого, максимальная А и минимальная С, будут перпендикулярными и параллельными направлению действия внешних сил. Увеличивая деформацию, мы убеждаемся, что главные оси эллипса А и С все время остаются перпендикулярными или параллельными внешним силам.
Изменим способ деформации модели, приложив к ней вращательные силы (рис. П-19в). Опять получим эллипс, формы которого по мере развития деформации будут вполне соответствовать формам эллипсов, полученных путем невращательных сил. Однако в данном случае главные оси эллипса Л и С не перпендикулярны или параллельны
внешним силам, производящим сдвиг, а располагаются под углами, все время изменяющимися по мере развития деформации.
Рассмотрим теперь взаимоотношения внешних сил с образующимися? при деформации тела трещинами.
Эллипс, образующийся при деформации круга, как можно видеть на модели, во всех случаях пересекает первоначальный круг в четырех точках. Две оси эллипса, соединяющие эти точки, очевидно, равны радиусам первоначального круга. Если вместо плоской модели представить модель объемную, два радиуса отвечали бы двум круговым сечениям соответствующего эллипсоида.
Рис. 11-19. Деформация модели из проволочной сетки
а) недеформированная модель; б) модель, деформированная неврашательными силами. Двойные прямые-линии, соединяющие точки пересечения круга и эллипса, соответствуют круговым сечениям эллипсоида в объемной модели; в) модель, деформированная вращательными силами путем скалывания
В начальный момент деформации круга в эллипс (или, соответственно, шара в эллипсоид) оба радиуса располагаются под углом в 45° по отношению к главным осям эллипса, но при последующем увеличении деформации угол, образуемый радиусами с меньшей осью, будет все
Рис. /1-20. Изменение угла между круговыми сечениями эллипсоида по мере развития деформации первоначального шара
