Question

岩石力学

Answer 1

实际上，野外的断层面不是平面，也不光滑，尤其初始面。绝大多数的断层面及其分形总是波状起伏的。起伏角i为剪应力作用方向与波状面滑动方向的夹角(图2-29)。这时，作用于起伏面上的剪应力和正应力分别是

τ_i=τcos²i-σsin icos i (2-3)

σ_i=σcos²i+τsin icos i (2-4)

假定断层面上的凝聚力为0，则断层面上的抗剪强度为

τ_i=σ_itgψ_i (2-5)

图2-29 波状起伏断面应力分布示意图

μ—剪切位移；ν—法向位移

ψ_i为基本摩擦角。

将式(2-3)、式(2-4)代入式(2-5)中，得

τ=τ_i=σtg(ψ_i+i) (2-6)

式(2-6)在正应力小和小剪切位移时，是正确的，这时的摩擦角为ψ_i+i(图230，徐志英，1986)；随着正应力和位移量的增加，断层面的波状部分被剪掉，这时摩擦角为ψ，断层面的抗剪强度为

τ_i=C_j+σtgψ (2-7)

内摩擦角(ψ)与基本摩擦角(ψ_i)的数值接近，研究较大尺度的地质问题可视为相等

图2-30 波状起伏断面的抗剪强度线

图2-30和式(2-6)、式(2-7)证明，当构造动力较小时(剪切位移量也较小)，两盘块体在滑动过程中才可能平行波状轮廓滑动；当构造动力较大时(剪切位移量也较大)，两盘块体在滑动过程中才可能剪摩掉这些波状部分，并平行剪应力方向滑动。所以，构造动力的大小变化(应力脉冲)是断层面成为波状起伏的主因。

上述断层面产状变化和岩石力学方法的F_b形态成因分析中，都是从最简单的和单变量的分析入手，而实际上岩石力学性质和岩石变形的影响因素是多方面、多变量的，如围压、温度、密度、时间等，多因素影响可能是F_b形态多样甚至歧变的主要原因。