تنش، کرنش و تغییر شکل سنگ
تنش عبارت است از نیروی وارد بر واحد سطح که به سنگ اعمال میشود و کرنش تغییر شکل یا اندازه حاصل از آن است؛ رابطه بین این دو تعیین میکند که سنگ خم میشود، جریان مییابد یا میشکند.
Definition
تنش توزیع نیروهای وارد بر یک جسم در واحد سطح است، کرنش تغییر شکل قابل اندازهگیری تولید شده است، و تغییر شکل سنگ فرآیندی است که طی آن سنگها در پاسخ به تنش از طریق رفتار الاستیک، شکلپذیر یا شکننده، شکل یا حجم خود را تغییر میدهند.
Scope
این موضوع مفاهیم مکانیکی زیربنای تمام ساختارهای زمینشناسی را پوشش میدهد: تانسور تنش و محورهای اصلی آن، انواع کرنش، رژیمهای الاستیک، پلاستیک و شکننده، و مکانیسمهای تغییر شکلی که سنگها از طریق آنها کرنش را در اعماق مختلف تحمل میکنند. این مبحث، پایه مکانیکی برای تفسیر چینخوردگیها و گسلها است.
Core questions
- وضعیت تنش در سنگ چگونه توصیف و بر روی یک صفحه حل میشود؟
- چه چیزی پاسخهای الاستیک، پلاستیک و شکننده را متمایز میکند؟
- چه عواملی عمق گذار شکننده-شکلپذیر را کنترل میکنند؟
Key theories
- شکست موهر-کولمب
- شکست شکننده سنگ زمانی رخ میدهد که تنش برشی بر روی یک صفحه بر چسبندگی سنگ به علاوه مقاومت اصطکاکی غلبه کند، معیاری که جهتگیری گسلها را نسبت به تنشهای اصلی پیشبینی میکند.
- قانون اصطکاک سنگ بایرلی
- بایرلی دریافت که مقاومت اصطکاکی بیشتر سنگها از یک رابطه ساده و تقریباً مستقل از نوع سنگ بین تنش برشی و نرمال پیروی میکند، که یک حد بالای قوی برای مقاومت گسلها در پوسته شکننده فراهم میکند.
Mechanisms
در دما و فشار پایین، سنگ ابتدا به صورت الاستیک تغییر شکل میدهد و سپس با شکستگی از هم میپاشد، زمانی که تنش از مقاومت آن فراتر رود. با افزایش عمق، فشار محصورکننده و دمای بالاتر، شکستگی را سرکوب کرده و مکانیسمهای شکلپذیر مانند خزش نابجایی، خزش نفوذی و انحلال فشاری را فعال میکنند که منجر به جریان پیوسته میشود. گذار بین این رژیمها، یعنی گذار شکننده-شکلپذیر، معمولاً در اعماق میانی پوسته رخ میدهد.
Clinical relevance
تعیین کمیت مقاومت سنگ و میدان تنش درجا برای طراحی تونلها، معادن و گمانههای پایدار، برای پیشبینی رفتار گسل در تحلیل خطر لرزهای، و برای درک لرزهخیزی القایی ناشی از تزریق سیال ضروری است.
History
مکانیک شکست بر اساس کار کولمب در قرن هجدهم در مورد اصطکاک و تحلیل تنش گرافیکی موهر بنا شده است. مکانیک تجربی سنگ در قرن بیستم، از جمله مطالعات اصطکاک بایرلی، چگونگی تغییر مقاومت سنگ با فشار محصورکننده، دما و نرخ کرنش را کمیسازی کرد و نتایج آزمایشگاهی را به تغییر شکل پوسته مرتبط ساخت.
Key figures
- James Byerlee
- Charles-Augustin de Coulomb
- Otto Mohr
Related topics
Seminal works
- byerlee1978
Frequently asked questions
- تفاوت بین تنش و کرنش چیست؟
- تنش نیروی وارد بر واحد سطح است که به سنگ اعمال میشود، در حالی که کرنش تغییر شکل حاصل از آن، مانند کشیدگی، کوتاه شدن یا برش است. تنش علت و کرنش اثر قابل اندازهگیری آن است.