脆性岩

岩石受力後變形很小即破裂的性質稱為脆性。永久變形或全變形小於3%者為脆性破壞，具有這種特性的岩石稱為脆性岩石。永久變形或全變形大於5%者為塑性破壞，具有這種特性的岩石稱為塑性岩石。永久變形或全變形為3%～5%為過渡狀態。

基本介紹

• 中文名：脆性岩
• 外文名：Brittle rock
• 特點：地震的成因之一
• 屬性：受力後變形很小即破裂
• 學科：地質學
• 類別：岩石

簡介

在外力作用下，岩石只改變其形狀和大小而不被破壞自身的連續性，稱為岩石的塑性。而在外力作用下，直至破碎並無明顯的形狀改變，稱為岩石的脆性。根據岩石的這些性質，將岩石分為脆性岩石、塑脆性岩和塑性岩石。利用岩石的應力應變曲線可計算出岩石的塑性係數K。

岩石的彈性、脆性和塑性

彈性——岩石在外力作用下產生變形，撤銷外力之後恢復到初始形狀和體積能力；

脆性——岩石在外力作用下，未發生明顯的塑性變形就破碎的能力；

塑性——岩石在外力作用下（通常是各面壓縮），在未破壞其連續性前提下不可逆地改變自身形狀和體積的能力。

影響因素

影響岩石彈性和塑性的主要因素有：

（1）岩漿岩和變質岩中造岩礦物的彈性模量越高，岩石的彈性模量也高。在碎屑顆粒成分相同的條件下，沉積岩彈性模量的次序是：矽質膠結最大，鈣質膠結次之，泥質膠結最小。

（2）單向壓縮時岩石往往表現為彈-脆性體，但各向壓縮時則表現出不同程度的塑性，破壞前都產生一定的塑性變形。這意味著在各向壓縮下需要更大的載荷才能破壞岩石的連續性。

（3）溫度升高岩石的彈性模量變小，塑性係數增大，岩石表現為從彈性向塑性變化。

類型

通過各種岩石的試驗研究，可將岩石在單向壓力作用下的應力-應變曲線歸納為6種：

類型I(彈性)性曲表現為近似直線的特點，直到發生突發性破壞。這是玄武岩、石英岩、輝綠岩、白雲岩和堅硬石灰岩等的特徵變形曲線。

類型II (彈塑性)塑性開始為直線，末端出現非彈性屈服段。較軟而少裂隙的岩石如石灰岩、粉砂岩和凝灰岩等常呈這種變形曲線：

類型III(塑—彈性)性 開始為凹型曲線，然後轉變為直線，堅硬而裂隙較發育的岩石如砂岩、花崗岩等，在垂直微裂隙方向載入時常具有這種變形曲線。

類型Ⅳ和V(塑—彈塑性)塑性為S型曲線。曲線中段的斜率大小與岩石軟硬程度有關。岩石較軟且含有裂隙者如片麻岩、大理岩和片岩等常具有這種變形特徵，

類型Ⅵ(彈塑蠕變性)塑蠕開始為直線，很快變為非線性變形和連續緩慢的蠕變變形，這是岩鹽和其他蒸發岩的特徵變形曲線.

破壞標準

（1）最簡單的張性破壞發生在最小主應力等於材料的單軸抗拉強度、即礦σ₃=σ_t時。這種破壞是由於一個垂直於最小主應力方向(β=o)的裂痕沿其端點(α=o)進一步破裂所造成的。在莫爾包絡線與正應力軸(r_xy=o)的交點處，莫爾包絡線的曲率半徑等於2σ_t，。因而，所有落在這個半徑為2σ_t的圓內的莫爾應力圓只能在r_xy=o和σ₃=σ_t的這一個點上接觸破壞包絡線。這意味著，純張性破壞發生於σ₁≤-3σ₃條件下。

（2）當作用於可能的剪下面上的正應力為壓應力(σ_y>O)時，岩樣的破壞被認為是發生在這個面上的抗剪力被克服，即這個面上的均剪下運動能引起岩樣剪下破壞或張性破壞，或者同時引起上述兩種破壞。

（3）那些控制純張性破壞的條件和那些由於剪下移位而引起破壞的條件中間的過渡階段。這種困難是由下述事實引起的，即在一個受到有限的剪應力作用的裂痕的邊壁上開始的裂縫，趨向於朝著這個裂痕的平面以外發展。雖然這種裂縫將趨向於調整到沿最大主應力方向排列，但無法計算引起岩樣破壞所需的最小主應力盯σ₃₀為了克服這種困難，在純現象學的基礎上提出。這種過渡應取由中黑虛線所表示的形式，即假定指示剪下引起破壞的直線破壞標準是拋物線型的莫爾包絡線的切線，而此拋物線型的莫爾包絡線則指示著從張開的橢圓裂痕上開始破裂的條件。