bài giảng địa chất cấu tạo chương 3 ứng suất và biến dạng

Chương 3
ỨNG SUẤT
VÀ BIẾN DẠNG
TS. Trần Mỹ Dũng
Địa chỉ: Bộ môn Địa chất
Điện thoại: (+84) 04 38384048
E-mail:

Các tính chất vật lý cơ bản

Lực

Một đại lượng vật lý biểu thị tương tác giữa các vật, làm
thay đổi trạng thái chuyển động của vật hoặc biến dạng các
vật. F=ma

Lực có hai thành phần: thành phần pháp
tuyến (F
n
) và thành phần tiếp tuyến (F
s
)


Ứng suất
•
Lực tác dụng lên
một đơn vị diện tích
σ=F/A
Các tính chất vật lý cơ bản

Ứng suất có xu hướng dẫn tới sự biến dạng của vật thể
Ứng suất khác lực như thế nào?
Các tính chất vật lý cơ bản
Sự biến dạng phụ thuộc vào sự phân bổ của lực!

Ứng suất pháp:
Ứng suất pháp:
là ứng
là ứng
suất vuông góc với mặt
suất vuông góc với mặt
phẳng
phẳng
Ứng suất tiếp:
Ứng suất tiếp:
là ứng suất
là ứng suất
song song với mặt phẳng
song song với mặt phẳng


Giống như lực, một
Giống như lực, một
ứng suất tác dụng lên
ứng suất tác dụng lên
một mặt phẳng là một
một mặt phẳng là một
vector
vector

Các tính chất vật lý cơ bản

Không gian vật lý Vector ứng suất tính
được trên mặt phẳng
Ứng suất tác dụng lên một điểm trên bề mặt có thể
được xác định theo nhiều hướng khác nhau

Có hai vị trí có ứng
suất tiếp=0, tương ứng
với σ
1
và σ
3
luôn luôn
vuông góc với mặt

σ
1
và σ
2
được gọi là
các ứng suất cơ bản,
σ
1
là ứng suất nén ép
cực đại và σ
3
là ứng
suất nén ép cực tiểu


Trục dài của ellipse là ứng
suất cơ bản cực đại

Trục ngắn của ellipse là ứng
suất cơ bản cực tiểu

Cả hai ứng suất này vuông
góc với nhau và không chứa
ứng suất tiếp
Ellipse
ứng
suất
Ellipse ứng suất - Ứng suất 2D

Việc tính toán ứng suất
theo các hướng khác nhau
tạo nên hình ellipse được gọi
là ellipse ứng suất

Ứng suất 3D – Ellipsoid ứng suất
Ứng suất 3D – Ellipsoid ứng suất

Tính toán các ứng suất
trên các mặt phẳng
theo các hướng khác
nhau tạo lên một hình
ellipsoid được gọi là
ellipsoid ứng suất


Trục dài của ellipoide
là ứng suất cơ bản cực
đại (σ
1
)

Trục ngắn của ellipse là ứng suất cơ bản cực tiểu (σ
3
)

Trục ứng suất cơ bản nằm trung gian (σ
2
) định hướng vuông góc với các mặt
phẳng σ
1
và σ
3
 Không có ứng suất tiếp song song với các hướng ứng suất cơ bản

Biểu đồ vòng tròn Mohr (
Biểu đồ vòng tròn Mohr (
Mohr Circle Diagram)
Mohr Circle Diagram)



Được đưa ra bởi Otto Mohr, một kỹ sư người
Được đưa ra bởi Otto Mohr, một kỹ sư người
Đức, 1882
Đức, 1882




Cho phép chúng ta xác định ứng suất pháp và
Cho phép chúng ta xác định ứng suất pháp và
ứng suất tiếp dọc theo bề mặt
ứng suất tiếp dọc theo bề mặt


Biến dạng


Bằng sự so sánh trạng thái bị biến dạng và trạng thái nguyên
Bằng sự so sánh trạng thái bị biến dạng và trạng thái nguyên
thủy không bị biến dạng trong các đá, chúng ta sẽ có sự hiểu
thủy không bị biến dạng trong các đá, chúng ta sẽ có sự hiểu
biết về cấu trúc kiến tạo
biết về cấu trúc kiến tạo

Các khái niệm

Biến dạng (deformation) Sự thay đổi về hình dáng và kích
thước của vật thể rắn dưới tác dụng của ngoại lực.
Thuật ngữ chung chỉ quá trình uốn nếp, đứt gãy, nén ép hoặc tách
giãn của các đá do nhiều ngoại lực khác nhau của trái đất

Biến dạng do xoắn (Distortion) – Sự thay đổi kích thước và
hình thái vật thể dưới tác dụng xoay và tịnh tiến

Biến dạng ứng suất (Strain): Sự biến đổi hình dạng vật thể

do ứng suất


Biến dạng đồng nhất
(Homogenous Strain) - Các yếu
tố thẳng và song song của các
đường thẳng và song song trước
biến dạng được bảo tồn sau khi
biến dạng

Biến dạng không đồng nhất
(Inhomogenous Strain) – Hình
thái ban đầu bị méo và các
đường thẳng có thể bị đứt đoạn.
Các khái niệm
Đồng nhất

Homogenous Strain
Inhomogenous Strain
Các khái niệm

Biến dạng
Thay đổi về
chiều dài
Thể tích
Xô lệch
Quay
Tịnh tiến

Các kiểu biến dạng

Có ba kiểu biến dạng

Biến dạng đàn hồi

Biến dạng dẻo

Biến dạng phá hủy

Biến dạng đàn hồi
Biến dạng đàn hồi
Hooke's Law:
Hooke's Law:
σ
σ
= E.
= E.
ε
ε
E: modul đàn hồi
E: modul đàn hồi


ε
ε
: hệ số biến dạng
: hệ số biến dạng
Khi đình chỉ lực tác dụng, vật thể sẽ trở lại trại thái ban đầu, gía
trị ứng suất tuân theo định luật Hooke

Biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo




Biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo
Là kiểu biến dạng khi lực tác dụng dừng lại,
vật thể vẫn giữ nguyên trạng thái bị biến dạng,
nhưng không kèm theo phá hủy vật thể

σ
σ
1
1
σ
σ
1
1
σ
σ
2
2
=
σ
σ
3
3
σ
σ

2
2
=
σ
σ
3
3
Thí nghiệm với
các vật thể rắn