岩石断裂毕业论文

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岩石是一种结构非常复杂的固体材料，它是由多种矿物晶粒、胶结物和孔隙组成的混合体。岩石中存在的断层、节理和裂隙等缺陷对岩石力学性质有很大影响，岩石变形破坏过程的实质就是岩石材料中缺陷的萌生、扩展、相互作用和贯通的过程，所以对岩石裂纹尖端的力学性质进行研究有很大的意义。

在漫长的地质历史条件下，岩石在各种各样的构造作用下产生了多种性质的裂纹，岩石的破坏实质也就是裂纹的相互作用和扩展的过程。传统的断裂力学研究的对象主要是三种基本裂纹类型：张开型（Ⅰ型）、滑开型（Ⅱ型）和撕开型（Ⅲ型）。但由于岩体结构或者是荷载的不对称、岩石材料的各向异性等原因，实际结构中的受力是非常复杂的，使得裂纹尖端的应力场多数为复合型，而不是单纯的Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ型裂纹。

对于复合型断裂问题，国内外学者进行了一系列的研究，得到了许多有意义的结论，但由于问题的复杂性，还有许多问题需要进一步的研究。下面将岩石的断裂问题与岩石的破坏准则联系在一起，建立岩石断裂判据。

对于Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹的岩石，裂纹尖端的应力在直角坐标中可用式（3-2）表示。由于岩石裂纹的扩展实质上就是岩石破坏的过程，岩石的断裂与破坏存在着必然的关系，同时岩石的破坏准则可以充分考虑到岩石裂纹尖端的复杂受力状态。因此，可以采用岩石的强度破坏准则来建立岩石断裂中KⅠ和KⅡ的关系，从而可以得到岩石断裂判据。下面分别采用在岩土材料中广泛应用的Mohr-Coulumb和Drucker-Prager准则建立岩石裂纹断裂判据，并且分析纯Ⅱ型裂纹的断裂韧度和纯Ⅰ型裂纹的断裂韧度的关系。

一、岩石强度破坏准则

准则

Mohr-Coulumb准则的表达式为

岩石断裂与损伤

式中：σ、τ分别为剪切面受到的法向应力和切向应力；c为破裂线在τ轴上的截距，它表示材料固有的抗剪切强度；ψ为剪切面上的内摩擦角，若剪切面上的内摩擦系数为f，有f=tanψ。设β为破裂面的方位角，则有

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三个主应力计算公式为

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结合裂纹尖端的应力状态即式（3-2），就可以得到主应力的值。

准则

Drucker-Prager准则的表达式为

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式中：α和k均为岩石材料常数，由岩石的材料参数内摩擦角ψ和黏聚力c决定；I1、J2分别为应力张量第一不变量和应力偏量第二不变量，且可分别表示为

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Drucker-Prager准则和Mohr-Coulunmb准则有内接圆和外接圆两种基本对应关系，这里采用外接圆形式，在π平面上，若Drucker-Prager准则为库仑六边形的外接圆时，则α和k可表示为

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由六个直角坐标系下的应力分量求应力张量第一不变量I1和应力偏量第二不变量J2的计算公式为

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由此可见，应力张量第一不变量I1和应力偏量第二不变量J2是关于KⅠ、KⅡ、r、θ的变量。

二、裂纹起裂角

1.最小J2准则

在确定岩石裂纹断裂判据的时候，知道岩石裂纹的起裂角非常重要。不仅在计算中需要，而且还可以知道裂纹沿什么方向发生扩展。因为应力偏量第二不变量J2是关于KⅠ、KⅡ、r、θ的函数，它能够充分反映裂纹尖端的应力状态；并且在J2取最小值的方向上，因为体积应变能密度大于形状改变比能密度，最容易发生断裂。有

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并且满足，还要满足J2min=J2 （θ0），则可以得到微裂纹起裂角θ0

2.岩石裂纹起裂角分析

根据最小J2准则，由式（5-24）可得

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式（5-25）同时还要满足和J2min=J2（θ0），根据给定的KⅠ和KⅡ值就可以得到岩石裂纹的起裂角θ0。

（1）当KⅡ=0时，则裂纹为纯Ⅰ型断裂问题，式（5-25）可简化为

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解式（5-26）可得

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同时还要满足：

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则可以得到纯Ⅰ型断裂的裂纹起裂角为：θ0=0。这与其他理论得到的起裂角是一样的。

（2）当KⅠ=0时，则裂纹为纯Ⅱ型断裂问题，式（5-25）可简化为

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解式（5-27）可得

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同时还要满足：

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因为J2min=J2（θ0）对于都成立（实际中应该只有唯一解），则可以得到纯Ⅱ型断裂的裂纹起裂角为：θ0=±°。这比其他理论得到的纯Ⅱ型断裂问题的起裂角要大些，例如利用最大周向应力断裂准则得到纯Ⅱ型断裂问题的起裂角为θ0=°。为了后面的计算不受到纯Ⅱ型断裂问题的起裂角方向的影响，取纯Ⅱ型断裂问题的起裂角为θ0=°。

三、断裂判据

1.基于Mohr-Coulumb准则的断裂判据

结合岩石的破坏准则Mohr-Coulumb准则和岩石裂纹尖端应力场来求解断裂判据，将式（3-2）代入式（5-19）中可得到

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在破坏面上，由于sin（2β）=cosψ，cos（2β）=-sinψ，则 Mohr Coulomb准则可写为

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在式（5-28）中，令

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则可以得到Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判据为

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对于纯Ⅰ型断裂，即当KⅡ=0，根据最小J2理论可以求得纯Ⅰ型裂纹的起裂角为θ0=0°，则可以确定纯Ⅰ型断裂的断裂韧度KⅠC为

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式中：r为研究点到裂纹尖端的距离。对于纯Ⅱ型断裂，即当KⅠ=0，根据最小J2理论可以求得纯Ⅱ型裂纹的起裂角为θ0=°，则可以确定纯Ⅱ型断裂的断裂韧度KⅡC为

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根据式（5-32）和式（5-33）则可以得到KⅡC/KⅠC的值：

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由式（5-34）可知，岩石的材料参数泊松比μ和内摩擦角ψ的值对KⅡC/KⅠC的值有一定的影响，而岩石的其他力学参数对KⅡC/KⅠC的值没有影响。当岩石的材料参数泊松比μ=0时，则

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这与最大周向应力准则得到的KⅡC/KⅠC=比较接近。如果纯Ⅱ型断裂问题的起裂角采用最大拉应力断裂准则得到的起裂角θ0=°，则可以得到KⅡC/KⅠC的值：

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当岩石的材料参数泊松比μ=0时，则

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这与最大周向应力准则得到的KⅡC/KⅠC=是相等的。

当岩石材料的泊松比不为0时，KⅡC/KⅠC受到泊松比μ和内摩擦角ψ取值的影响，泊松比μ和内摩擦角ψ与KⅡC/KⅠC的关系非常复杂。

2.基于Drucker-Prager准则的断裂判据

对于岩石中的复合型裂纹，将式（3-2）代入式（5-23）可以计算得到应力张量第一不变量I1和应力偏量第二不变量J2为

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此外，还必须知道岩石裂纹的起裂角θ0，起裂角的具体数值决定于加载方式和KⅠ与KⅡ比值。根据就可以得到岩石断裂的判据。在式（5-38）中，令

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则有

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式中：r为研究点到裂纹尖端的距离。根据式（5-22）、式（5-38）、式（5-39）、式（5-40）可以得到岩石的断裂判据为

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设岩石的力学参数为：c=25MPa，ψ=41°，按照式（5-22）可以得到：α=，k=，Ⅰ型断裂的断裂韧度为：KⅠC=·m1/2。将各参数代入式（5-41）中，可以得到断裂判据为

岩石断裂与损伤

对于纯Ⅰ型断裂，即当KⅡ=0，根据最小J2 理论可以求得纯Ⅰ型裂纹的起裂角为θ0=0°，则可以确定纯Ⅰ型断裂的断裂韧度KⅠC为

岩石断裂与损伤

对于纯Ⅱ型断裂，即当KⅠ=0，根据最小J2理论可以求得纯Ⅱ型裂纹的起裂角为θ0=°，则可以确定纯Ⅱ型断裂的断裂韧度KⅡC为

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根据式（5-43）、式（5-44）则可以得到KⅡC/KⅠC的值：

岩石断裂与损伤

由式（5-45）可知，Drucker Prager准则中的参数α对KⅡC/KⅠC的值有一定的影响，而α的值又取决于岩石的内摩擦角ψ，α与ψ的关系已由式（5-22）给出。式（5-45）表明，黏聚力c对KⅡC/KⅠC的值并没有影响。

代入α与ψ的关系式，可以得到KⅡC/KⅠC与ψ的关系式：

岩石断裂与损伤

由式（5-46）可知，KⅡC/KⅠC的大小与内摩擦角ψ的取值大小有关（纯Ⅱ型裂纹的起裂角θ0认为是某个定值时），而与岩石的其他力学参数都没有关系。内摩擦角ψ和KⅡC/KⅠC的关系如图5-12所示。由图可知，KⅡC/KⅠC随着内摩擦角ψ的增大而增大，两者呈非线性关系。

如果对式（5-46）采用最大拉应力断裂准则得到的起裂角θ0=°，则可以得到KⅡC/KⅠC的值：

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当内摩擦角ψ=0°时，KⅡC/KⅠC=，这与最大周向应力准则得到的KⅡC/KⅠC值也是相等的。

图5-12 内摩擦角ψ和KⅡC/KⅠC的关系曲线

如果认为纯Ⅱ型断裂问题的起裂角是变化的条件下，KⅡC/KⅠC与纯Ⅱ型断裂问题的起裂角也有一定关系，但纯Ⅱ型断裂问题的起裂角只受到泊松比μ变化的影响。结合以上断裂韧度的计算结果表明，纯Ⅱ型裂纹的断裂韧度KⅡC与纯Ⅰ型裂纹的断裂韧度KⅠC的比值只与泊松比μ和内摩擦角ψ有关系，而与其他岩石力学参数没有关系。

我也学地质的马上毕业了我给你个地质方面的范文自己看着写吧~~这是我的初稿需要修改~ 一 选题的科学依据 1 研究目的、意义 （1）研究目的： ①对已发现的金矿（化）体地表利用槽探工程进行系统的追索控制，深部利用钻探工程进行控制验证，扩大矿体规模。 ②对1/5万水系沉积物异常进行揭露验证，大致了解异常区成矿地质条件及控矿因素，以期发现新的矿（化）体。 （2）意义： ******金矿是**省有色地勘局*队近年来在动昆仑多金属成矿带新发现的一个以石英脉型为主的具有大型远景的金矿床。通过近年来的勘查，矿床规模不断扩大，**省国土资源厅已将其列入“十一五“可规模开发的矿产地。 **有色地勘局*队在该区开展的包括Au、Ag、Co沟系土壤综合异常查证及地质矿产调查和主要矿（床）点的检查，均取得了显著的效果，发现了一批矿产地。 整体来看，*****矿床地质勘查基本上已经达到了普查程度，对首采地段的工程控制程度也已经较高，此次结合导师与青海有色地勘局八队的实习实践充分收集、整理前人资料，编写《**都兰县**金矿成矿规律研究》对该金矿的成因及控矿规律进行研究，并参考邻近同类矿床，简历了成矿模式，不仅有利于知道****金矿以后的深边部的找矿勘探工作，而且对于区域找矿预测工作也具有重要的实践和经济意义。 2 研究内容所属领域、研究范围 内容所属领域为自然科学，研究范围是对于矿床的研究，主要是在野外地质调查和室内综合研究的基础上，通过典型矿床研究，并结合成矿新理论和勘查新方法，运用板块构造理论，矿床成矿系统理论及区域成矿理论，坚持以点剖析、以点带面的原则，利用测试数据资料，与前人研究成果进行对比，开展矿床地球化学特征、成矿规律及矿床成因研究工作。 3 目前国内外研究现状、水平及发展趋势 1969一1971年，**地质局在东昆仑成矿区开展了1:20万 区域地质调查1:50万航磁测量，对区内的矿床和矿点作了不同程度的地质工作，初步了解了区内成矿地质背景。 1973年，提交了“加鲁河幅”区调报告; 1989一1990年，**省地矿局化探队在东昆仑地区系统开展了1:50万低密度分散流扫面工作，涉及到本区成果尚未公开; 1999年，**有色物化探公司在沟里地区(魏日一肉早果日一带)1500kmZ范围内开展了1:5万水系沉积物测量工作，圈出综合 异常26处 2001年，**省有色地勘局*队对****Au、As、Ag、c。沟系上壤综合异常进行查证时发现了*****金矿。 近几年来，为黄金专项和省地方地勘项目，**省有色地质*队在**地区进行异常查证，通过对该区多个矿脉所进行的不同类型的工程的控制，对本区矿体的厚度、产状、品位有了一定的认识，掌握了矿体赋存的一些基本规律。同时发现了本区具有工业价值的矿石并不局限于石英脉型的矿石，黄铁矿化较强的蚀变闪长岩、千枚岩、绿泥石英千枚岩及含炭质千枚岩都含矿，局部也可以构成工业矿体。 在对矿区控矿、含矿构造的规律分析总结中，也有新的认识。发现矿体不仅仅局限于东西向构造带中，北西、北北西的以及东西向断裂的次级断裂(近南北向)构造也是含矿构造之一。 通过对矿床的成矿地质条件、矿床地质特征，成矿机理的分析和研究，认为该矿床由早期形成的热水沉积建造提供主要成矿物质来源，在后期动力挤压、变形、变质作用下，成矿物质富集，形成含金石英脉型、构造蚀变岩型，具有典型的韧性剪切带型金矿床的特点。 ***普查区位于东昆仑成矿带东段，***金矿西北约10km处，周边大小矿点多处，如果**金矿、**金矿、**金矿等，是东昆仑东段重要的金矿富集区。 1:5万、1:万水系沉积物异常、1:1土壤异常显示该区找矿前景广阔。以往异常检查工作中发现的多条金矿体处于异常区边缘，主异常区内因第四纪坡积物覆盖厚，受工作量所限，未能进行系统的查证。2008年度所开展1:万水系沉积物测量、1:1土壤测量与现有的金矿（化）体极其吻合，异常显示出较好的找矿前景，经对1:万水系沉积物S-2异常进行检查，发现AuⅠ、AuⅡ矿带，成为按纳格地区最有效的找矿方法之一。从水系异常、土壤异常的分布特征分析，存在较大的找矿空间。 从目前工作程度看，***地区所发现的5处矿群、10多条金矿体，1条含金蚀变岩带、1条金矿化蚀变岩带，只有对少数地段进行了地表和浅部控制，且控制程度很低。2007年初步对ⅡAu用硐探工程验证时，矿体向深部有一定延深，且相对稳定，2008年对主矿体进行地表追索控制，矿体在走向上也有延伸，说明在主矿区地表和深部具有较好的找矿潜力。以上地质现象表明，按纳格地区找矿空间大，前景好，具有形成中大型金矿床的潜力。 二 研究的主要内容和重点要解决的问题 （1）研究内容 结合课题研究的需要，综合前人研究的基础以及研究存在的问题，主要的研究内容有以下几点： 1、 选取一个贯穿果洛按纳格地区底层的剖面进行现场实测，采集一套具有代表性的标本进行分析，用于对矿区现在具有争议性的地层时代的确定。 2、 对果洛按纳格及其外围狂点已有坑道、探槽及钻孔岩心进行详细的地质观测，并拍摄照片，采集样品;重点分析小构造的成矿规律，查明其活动次序力学性质、充填特征及地层、岩体和其他构造的关系：研究矿体延伸规律和侧伏规律，包括矿体形态、产状、厚度在走向、倾向和延伸方向上的变化规律，脉体和矿体的端部变化和再现规律，控矿构造对于矿体特征的影响等：研究成矿富集规律，主要研究品位的变化趋势和控制因素，包括矿化类型，脉体形态变化，脉体产状变化，脉体于围岩之间、蚀变强度等对矿石品位的影响。 3、 通过对矿区采集样品的岩矿及单矿物地质地球化学、微量元素地球化学、稀土元素地球化学等综合分析，查明该区元素组合、富集规律：结合流体包裹体和稳定同位素对成矿大地构造背景、成矿物质来源、成矿机制和成矿时代进行分析。 4、 综合整理前人的资料，吧果洛按纳格矿床外围矿点的一些矿床地质特征于整个东昆仑造山带中其他矿床进行类比，总结矿床成因，分析成矿规律，建立成矿模式。 （2）重点要解决的问题 ① ***地区地质工作程度相对较低，目前工区内面积性工作仅做了1:5万、1:万水系沉积物测量，而1:万沟系次生晕测量和1:1万土壤测量范围较小，主异常还未控制全面。因此，要在本区加强面积性基础工作，提取更多的找矿信息，扩大找矿范围。 ②通过近几年的地质工作，虽然在本区取得了较好的成果，但限于投入的工作量及工作程度，对本区的矿质来源、控矿因素、找矿标志、矿体的赋存空间、找矿远景等认识不足，主要表现在： ***地区地质工作主要为地质草测和少量探矿工程，因区内构造发育、蚀变强烈，且控岩、控矿构造断裂带分布较多，依据断裂构造性质、蚀变特征及产出背景还不能确定出构造对控矿，控矿程度如何的评价。 目前区内矿体的工程控制程度很低，地质研究水平更低，在其成矿特征、找矿规律方面一直套用果洛龙洼金矿模式，因二者之间客观存在的差异，对指导本区找矿方面存在很大的局限性。 ③区内第四纪残坡积、冲洪积物相对发育，覆盖较厚，因此对发现的金矿体工程控制程度有限，对其产状、规模、形态、品位等及其变化情况了解不够，金矿体的地表控制程度及浅部和深部的变化控制不够，应加大追索控制力度。 ④***地区北接阿斯哈金矿，南邻***矿区，所处的区域成矿地质背景极为重要，经基础工作掌握的找矿信息和不断发现的金矿体已证实该区拥有较好的成矿条件和找矿潜力。应对本区加大地勘资金的投入力度，应用新理论、新方法、新技术，寻找突破口，扩大本区资源量已成地质勘查的当务之急。 三 研究方法及技术路线 1 拟采用的研究方法 （1）、1:1万地质草测 （2）、1:万水系沉物测量 （3）、1:1万土壤测量 （4）、1:2千岩石剖面 （5）、探槽工程 （6）、钻探 2 技术路线、技术措施、技术关键 （1）、1:1万地质草测以穿越法为主，追索法为辅，对含矿层、矿化蚀变带、构造、接触带等重要地质体沿走向进行了追索，掌握其形态、产状、规模等特征、采集化学样、快速分析样品了解其含矿性。 地质点描述内容主要突出重点和有意义地质特征，描述内容有岩性名称、结构构造、矿物成分、矿化蚀变、岩层产状及样品、标本等内容，对有意义的地质体进行素描和拍照。 技术关键：在每天进行地质草测工作后，均有路线地质小结，对当天的地质工作进行了归纳总结，加深对本区的找矿认识 （2）、1:万水系沉物测量主要流程为：底图—野外作业—样品加工—自检互检—数据处理及异常图件编制—室内资料整理 技术关键：在工作中严格按**省地质勘查标准《**省1/5万水系沉积物测量工作细则》执行。 （3）、1:1万土壤测量中主要对野外工作和样品加工的质量进行真实可靠的分析，并根据数据进行异常图件的编制。 技术关键：工作中严格按照中华人民共和国地质矿产行业标准GZ/T0145-94《土壤地球化学测量规范1:50000》和《设计书》要求执行。 （4）、1:2千岩石剖面主要布置于1: 5万和1:万水系沉积物测量异常浓集区，现完成地化剖面2Km。 技术关键：工作中遵照中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T0011—91《地球化学普查规范》。 （5）、探槽工程主要布置于1:5万、1:万水系沉积物测量异常区及地质草测区主要成矿带上。 技术关键：每个编录槽探工程起始点均用木桩留有标记，在化学样品采集点留有红油漆标志。槽探工程地质编录和图件清绘质量符合规范要求。 （6）、钻探依据设计要求，布置于AuⅡ矿体0线、4线、7线及15线。 技术关键：工程质量要求严格按《岩矿芯钻探规程》中的“六项指标”和相关规范要求执行，质量达到要求标准。 四 调研及前期准备工作 1、收集该区前人工作资料和区域地质资料 2、对野外设备工具进行校正和维修（GPS校正等） 五 预期要达到的成果和具体的学术或应用价值 预计达到的成果 2008年度内按纳格地区开展地质普查工作，对区内进行1:万水系沉积物测量、1:1万地质草测、1:2千地化剖面、1:1万土壤测量及钻探、槽探等地质工作。 应用价值 初步建立指导性强、工作方法有效的理论认识，对区内成矿条件，控矿因素、找矿标志、成矿规律等方面进行理论上探索研究，为该区实际找矿工作提供理论依据。 六 进度计划 为能按时文成对毕业论文的编写，计划如下; 1、2009年2月23日——2009年3月29日：毕业实习调研 2、2009年4月1日——2009年4月18日：外文翻译，调研报告及开题报告的编写并提交 3、2009年4月19日——2009年5月1日岩矿鉴定及地质图件的绘制 4、2009年5月2日——2009年5月20日论文初稿的编写 5、2009年5月20日——2009年6月20日论文的审核修改及毕业答辩

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