Основные виды деформаций: Основные виды деформаций — Энциклопедия по машиностроению XXL

Содержание

Основные виды деформаций — Энциклопедия по машиностроению XXL

Напряжения в местах их концентрации определяют либо теоретическими, либо экспериментальными методами. Поскольку аналитическое решение указанной задачи довольно сложно, приведем лишь основные результаты исследований применительно к каждому из основных видов деформаций,  [c.215]

Метод сечений. Основные виды деформаций  [c.180]

Рис. 3.1. Основные виды деформаций в окрестности трещины

Любые другие деформации твердого тела могут быть сведены к двум основным видам деформаций деформации растяжения (или сжатия) и деформации сдвига.  [c.158]

В учебнике [12] вводная часть курса завершается изложением интегральных зависимостей между напряжениями и внутренними силовыми факторами г[ краткими сведениями об общем плане исследования основных видов деформаций бруса.

Мы, тем не менее, отнюдь не считаем, что их изложение в этом месте курса необходимо. Все равно при рассмотрении отдельных видов деформаций бруса к ним придется возвращаться. Правда, когда они изложены, легче и убедительнее можно дать учащимся представление о том, как будут определяться напряжения в частных случаях работы бруса. Короче, следует или не следует излагать интегральные зависимости, предоставляется решать самому преподавателю в зависимости от его вкуса и, конечно, с учетом особенностей состава учебной группы.  [c.58]

В сопротивлении материалов изучаются следующие основные виды деформаций растяжение (сжатие), сдвиг (срез), смятие, кручение и изгиб. Рассматриваются и комбинации этих простых деформаций изгиб с кручением, кручение и растяжение и т. д.  

[c.14]

В сопротивлении материалов изучают следующие основные виды деформаций стержня растяжение и сжатие, сдвиг (срез), кручение  [c.16]

На предел выносливости детали значительное влияние оказывает качество обработки ее поверхности. Объясняется это тем, что поверхностный слой при основных видах деформации (изгибе и кручении) является наиболее напряженным и усталостная трещина обычно зарождается на поверхности.  

[c.591]

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕФОРМАЦИЙ БРУСА  [c.13]

ОСНОВНЫЕ виды ДЕФОРМАЦИЙ  [c.15]

Основные виды деформаций  [c.15]

Деформации элементов сооружений и машин, вызванные внешними силами, могут быть очень сложными. Однако эти сложные деформации всегда можно представить состоящими из небольшого числа основных видов деформаций.  [c.15]

Основными видами деформаций деталей конструкций, изучаемых в сопротивлении материалов, являются 1) растяжение (рио. 1), 2) сжатие (рис. 2), 3) сдвиг (срез) (рис. 3), 4) кручение (рис. 4), 3) изгиб (рио. 5).  

[c.15]

Что называется брусом, пластинкой и тонкостенной оболочкой Какие основные виды деформаций вызываются внешними силами В чем заключается метод сечения  [c. 21]

Напряженное состояние поверхностного слоя Напряженное состояние поверхностного слоя имеет свою специфику не только вследствие того, что при таких основных видах деформации как изгиб и кручение максимальные напряжения, определяющие прочность детали, возникают у поверхности, но и из-за влияния следующих факторов.  

[c.72]


Суш,ествующие гипотезы и модели деформационного упрочнения в значительной мере основаны на теории Тейлора, по которой основной вид деформации при пластическом течении металлов определяется дислокационным механизмом.  [c.7]

Основной вид деформации Диапа- Наибольшая нагрузка, кН Диапазон Час- тота, Гц Темпера- Мас- са, кг  [c.160]

Для учета сварочных деформаций необходимо последовательно рассмотреть операции сварки решетки и приварки их к телу и ободу. В процессе приварки лопаток к бандажным лентам основным видом деформаций является  [c.

147]

С ЭТИМ (см. 1.5) различают два основных вида деформаций — линейные и угловые. Рассмотрим их по отдельности.  [c.96]

Кручение, как основной вид деформации, характерно для элементов машиностроительных конструкций, таких как валы двигателей, оси моторных вагонов и локомотивов и т. п.  [c.159]

Скорость высвобождения энергии удобно представить в виде суммы членов, соответствующих основным видам деформации берегов трещины  [c.23]

Высокими считаются температуры, превышающие минимальные температуры рекристаллизации, т. е. — 50% температуры плавления металлов. В ряде случаев именно в этой области работают металлы огневых стенок агрегатов ЖРД. При таких температурах прочность и пластичность металлов начинают зависеть от скорости деформации. Это объясняется тем, что к основным видам деформации кристаллов — скольжению и двойникованию в высокотемпературной области — добавляется проскальзывание по границам зерен.

Границы зерен являются слоями толщиной в, несколько атомов с особой структурой дислокаций, обеспечивающей непрерывный переход между кристаллическими решетками соседних зерен. Прочность границ сильнее, чем прочность собственно зерен, зависит от температуры материала и скорости деформации. Как показано на рис. 4.19, зерна по сравнению с их границами относительно менее прочны в области низких температур. Поэтому в этой области (левее точки ai пересечения графиков 1 ж 2, соответствующей равной прочности зерен и их границ) пластичные металлы деформируются и разрушаются всегда непосредственно по зернам кристаллов.  
[c.91]

Изучая основные виды деформации стержней (растяжение, кручение и изгиб), предполагалось, что сечение, по длине стержня постоянно. Только при. этом предположении мы имели право использовать закон сохранения плоских сечений (при растяжении и изгибе — в случае любой формы профиля и при кручении — в случае круглого профиля).  [c.225]

Напряжения в элементах при основных видах деформаций  [c. 17]

При повышении параметров режима резания в деформируемой зоне увеличивается температура, при которой проявляется высокая химическая активность титана. Взаимодействие с атмосферными газами (кислородом, азотом) приводит к фазовым и структурным изменениям в срезаемом слое титана, потере им пластичности. Из-за охрупчивания стружка теряет способность к сжатию, не подвергается обычной усадке. Основным видом деформации срезаемого слоя оказывается деформация сдвига, что неблагоприятно влияет на процесс резания.  [c.183]

Какие основные виды деформаций вызываются внешними рилами  [c.72]

Основными видами деформаций, рассматриваемых в курсе, являются растяжение, сжатие и смятие, сдвиг, кручение, изгиб поперечный и продольный.  [c.289]

Основные виды деформаций земляного полотна  [c.125]

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕФОРМАЦИИ БРУСА  [c.14]

Основные виды деформаций, принимаемые при теоретическом анализе, показаны на рис. 3.1, Первый тип характерен для трещин нормального отрыва, второй — для поперечного симметричного сдвига и третий — для поперечного несимметричного сдвига или гштиплоской деформации.  

[c.79]

Тип машины Основной вид деформации статиче- ских нагрузок, кН а. СЗ S S о >.Рабочая среда Масса, кг  [c.161]

Основной вид деформации Наибольшая нагрузка, Н Тип силовоэ- будителя Наиболь- Рабочая среда М ог>  [c.162]

При описании механических свойств материалов принято различать два основных вида деформации упругую и пластическую. Упругая деформация обратима, т. е. она исчезает либо одновременно со снятием напряжения, либо постепенно во время отдыха материала после paзгpyз и (это явление называют также возвратом или обратной ползучестью). Пластическая деформация необратима, т. е. она не исчезает после снятия напряжения. Если упругая или пластическая деформация связана с напряжением вне зависимости от временных характеристик процесса нагружения, то такую деформацию называют мгновенно-упругой или соответственно мгновенно-пластической.

Простейшим примером закона мгновенноупругого деформирования является линейный закон Гука. В более сложном случае, когда соотношение, связывающее деформацию с напряжением, включает в качестве дополнительного параметра физическое время, эту деформацию называют вязкоупругой или, соответственно, вязкопластической. Обе мгновенные деформации часто называют склерономными (т. е. независимыми от времени), а обе вязкие деформации — реономными (зависимыми от времени).  
[c.6]


В слу чае механизма разрушения, когда основным видом деформации матрицы является растяжение, направленное перпендикл лярно оси волокон, предел прочности при сжатии опреде.ляется выражением  [c.84]
Таблица 9.2. Свизь основных видов деформации и внутренних силовых факторов
Уареднение по объему элементарных деформаций, возникающих при перемещении дислокаций в. монокристалле, может привести к двум видам его пластической деформации к скольжению (основной вид деформации металлов) и к сдвигу, или двойникованию. Скольжением называют перемещение части кристалла вдоль кристаллографической плоскости или нескольких, параллельных плоскостей. Скольжение обычно происходит вдоль плоскостей решетки кристалла с максимальной плот1ностью упаковок атомов (поэтому монокристаллы существенно анизотропны, а у поликристаллов степень анизотропии не превышает 25 /в). Сдвигом Или двойникованием называют форму скольжения, при которой параллельные плоскости кристалла смёщаются одна относительно другой таким образом, что решетки кристалла по разные стороны от плоскости двойникования представляют собой зеркальное отражение.  [c.84]

Анализируя серию микрофотографий поверхности образца стали Х12Н22ТЗМР, прошедшего ВТМО при И60° С (рис. 2), можно отметить различие в характере возникающего деформационного микрорельефа, по сравнению с рассмотренным для образца, закаленного по техническим условиям (см, рис. 1). Основным видом деформации в образце, предварительно подвергнутом ВТМО, является интенсивное внутризеренное скольжение (рис. 2, б—г) при весьма незначительном проявлении характерных для случая обработки по техническим условиям признаков развития деформации по границам зерен.  [c.86]

При действии внешнего поля домены, у которых направление поля совпадает с направлением внешнего поля, начинают расти. В к I чном итоге при достаточно сильном внешнем поле все домены в кристаллах устанавчиваются так, что направление легкого намагничивания совпадает с направлением внешнего поля. Этот процесс вызывает внутренние механические напряжения, для компенсации которых тело вынуждено деформироваться. Основной вид деформации — продольная (вдоль направления поля) деформация в магнитном поле, носящая название продольного эффекта Джоу-  [c.68]

Во второй части приводятся основные сведения о передачах вращательного движения и механизмах, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное дается понятие об основных видах деформации материалов и расчете на прочность.[c.2]


виды деформации, пределы упругости и прочности

Частицы, из которых состоят твердые тела (как аморфные, так и кристаллические) постоянно совершают тепловые колебания около положений равновесия. В таких положениях энергия их взаимодействия минимальная. Если расстояние между частицами уменьшается, начинают действовать силы отталкивания, а если увеличиваться – то силы притяжения. Именно этими двумя силами обусловлены все механические свойства, которыми обладают твердые тела.

Определение 1

Если твердое тело изменяется под воздействием внешних сил, то частицы, из которых оно состоит, меняют свое внутреннее положение. Такое изменение называется деформацией.

Виды деформации

Различают деформации нескольких видов. На изображении показаны некоторые из них.

Рисунок 3.7.1. Некоторые виды деформаций твердых тел: 1 – деформация растяжения; 2 – деформация сдвига; 3 – деформация всестороннего сжатия.

Первый вид – растяжение или сжатие – является наиболее простым видом деформации. В таком случае изменения, происходящие с телом, можно описать при помощи абсолютного удлинения Δl, которое происходит под действием сил, обозначаемых F→. Взаимосвязь, существующая между силами и удлинением, обусловлена геометрическими размерами тела (в первую очередь толщиной и длиной), а также механическими свойствами вещества.

Определение 2

Если мы разделим величину абсолютного удлинения на первоначальную длину твердого тела, мы получим величину его относительного удлинения (относительной деформации).

Обозначим этот показатель ε и запишем следующую формулу:

ε=∆ll.

Определение 3

Относительная деформация тела растет при его растяжении и соответственно уменьшается при сжатии.

Если учесть, в каком именно направлении внешняя сила действует на тело, то мы можем записать, что F будет больше нуля при растяжении и меньше нуля при сжатии.

Механическое напряжение

Определение 4

Механическое напряжение твердого тела σ – это показатель, равный отношению модуля внешней силы к площади сечения твердого тела.

σ=FS.

Величину механического напряжения принято выражать в паскалях (Па) и измерять в единицах давления.

Важно понимать, как именно механическое напряжение и относительная деформация связаны между собой. Если отобразить их взаимоотношения графически, мы получим так называемую диаграмму растяжения. При этом нам нужно отмерить величину относительной деформации по оси x, а механическое напряжение – по оси y. На рисунке ниже представлена диаграмма растяжения, типичная для меди, мягкого железа и некоторых других металлов.

Рисунок 3.7.2. Типичная диаграмма растяжения для пластичного материала. Голубая полоса – область упругих деформаций.

В тех случаях, когда деформация твердого тела меньше 1% (малая деформация), то связь между относительным удлинением и механическим напряжением приобретает линейный характер. На графике это показано на участке Oa. Если напряжение снять, то деформация исчезнет.

Определение 5

Деформация, исчезающая при снятии напряжения, называется упругой.

Линейный характер связи сохраняется до определенного предела. На графике он обозначен точкой a.

Определение 6

Предел пропорциональности – это наибольшее значение σ=σпр, при котором сохраняется линейная связь между показателями σ и ε.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

На данном участке будет выполняться закон Гука:

ε=1Eσ.

В формуле содержится так называемый модуль Юнга, обозначенный буквой E.

Если мы продолжим увеличивать напряжение на твердое тело, то линейный характер связи нарушится. Это видно на участке ab. Сняв напряжение, мы также увидим практически полное исчезновение деформации, то есть восстановление формы и размеров тела.

Предел упругости

Определение 7

Предел упругости – максимальное напряжение, после снятия которого тело восстановит свою форму и размер.

После перехода этого предела восстановления первоначальных параметров тела уже не происходит. Когда мы снимаем напряжение, у тела остается так называемая остаточная (пластическая) деформация.

Определение 8

Обратите внимание на участок диаграммы bc, где напряжение практически не увеличивается, но деформация при этом продолжается. Это свойство называется текучестью материала.

Предел прочности

Определение 9

Предел прочности – максимальное напряжение, которое способно выдержать твердое тело, не разрушаясь.

В точке e материал разрушается.

Определение 10

Если диаграмма напряжения материала имеет вид, соответствующий тому, что показан на графике, то такой материал называется пластичным. У них обычно деформация, при которой происходит разрушение, заметно больше области упругих деформаций. К пластичным материалам относится большинство металлов.

Определение 11

Если материал разрушается при деформации, которая превосходит область упругих деформаций незначительно, то он называется хрупким. Такими материалами считаются чугун, фарфор, стекло и др.

Деформация сдвига имеет аналогичные закономерности и свойства. Ее отличительная особенность состоит в направлении вектора силы: он направлен по касательной относительно поверхности тела. Для поиска величины относительной деформации нам нужно найти значение Δxl, а напряжения – FS (здесь буквой S обозначена та сила, которая действует на единицу площади тела). Для малых деформаций действует следующая формула:

∆xl=1GFS

Буквой G в формуле обозначен коэффициент пропорциональности, также называемый модулем сдвига. Обычно для твердого материала он примерно в 2-3 раза меньше, чем модуль Юнга. Так, для меди E=1,1·1011 Н/м2, G=0,42·1011 Н/м2.

Когда мы имеем дело с жидкими и газообразными веществами, то важно помнить, что у них модуль сдвига равен 0.

При деформации всестороннего сжатия твердого тела, погруженного в жидкость, механическое напряжение будет совпадать с давлением жидкости (p). Чтобы вычислить относительную деформацию, нам нужно найти отношение изменения объема ΔV к первоначальному объему V тела. При малых деформациях

∆VV=1Bp

Буквой B обозначен коэффициент пропорциональности, называемый модулем всестороннего сжатия. Такому сжатию можно подвергнуть не только твердое тело, но и жидкость и газ. Так, у воды B=2,2·109 Н/м2, у стали B=1,6·1011Н/м2. В Тихом океане на глубине 4 км давление составляет 4·107 Н/м2, а относительно изменения объема воды 1,8 %. Для твердого тела, изготовленного из стали, значение этого параметра равно 0,025 %, то есть оно меньше в 70 раз. Это подтверждает, что твердые тела благодаря жесткой кристаллической решетке обладают гораздо меньшей сжимаемостью по сравнению с жидкостью, в которой атомы и молекулы связаны между собой не так плотно. Газы могут сжиматься еще лучше, чем тела и жидкости.

От значения модуля всестороннего сжатия зависит скорость, с которой звук распространяется в данном веществе.

стройка, ремонт, недвижимость, ландшафтный дизайн

Основные виды деформации тела внешними силами

Основные виды деформации тела внешними силами, являются (рис. XVI.1):
а) сжатие — силы действуют по продольной оси тела и стремятся его укоротить;
б) растяжение — силы действуют по той же оси, что и в предыдущем случае, но стремятся удлинить его;
в) сдвиг — силы действуют параллельно, почти по одной и той же прямой перпендикулярно оси стержня и стремятся сдвинуть сечение А1В1 параллельно сечению АВ или срезать тело;
г) кручение — силы дают вращающий момент относительно продольной оси стержня; они закручивают два соседних сечения стержня вокруг общей оси и превращают прямые продольные волокна в винтообразные линии;
д) изгиб — силы дают вращающие, изгибающие моменты относительно линий перпендикулярных к оси стержня, и стремятся вызвать искривление первоначально прямого стержня (чистый изгиб без сдвига).


В почвах возникают, главным образом, сжимающие и сдвигающие напряжения.
Сжатие тела вызывается сжимающими усилиями и проявляется в укорочении длины, которое сопровождается увеличением поперечного сечения исследуемого тела.
Растяжение, напротив, вызывает удлинение по продольной оси и вместе с тем укорочение поперечных размеров испытуемого образца.
Если начальная длина образца — l, длина после нагрузки — l1 тогда l1-l — Δl. Величина Δl называется удлинением.
Изменение длины, выраженное в частях первоначальной длины тела, или отнесенное к ней, как к единице, называется относительным удлинением: ε = Δl/l.
Удлинение Δl до некоторого предела пропорционально нагрузке и, следовательно, в этой области деформации применим закон Гука, который выражается следующим уравнением:

где коэффициент Е называется модулем Юнга; Р — приложенная сила; S -площадь поперечного сечения образца.
Точно так же относительное поперечное сжатие определяют как отношение AS к первоначальному значению поперечного сечения:

Эта величина в известных пределах может считаться материальной константой, т.е. зависит только от свойств вещества данного тела и не зависит от геометрических и механических факторов. Она называется коэффициентом Пуассона.

Деформация, основные виды — Справочник химика 21


    Качество огнеупоров характеризуется огнеупорностью, температурой начала деформации под нагрузкой, изменением объема при нагревании, термической стойкостью, механической прочностью, устойчивостью против воздействия шлаков и окислов, правильностью заданной геометрической формы и точностью размеров. Основные виды огнеупоров, применяемых в печах, и их свойства приведены в табл. 37. [c.282]

    Форма, которую принимает капля в потоке газа, зависит как от характера течения в окрестности капли, так и от свойств жидкости и газа, а именно от плотностей, коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения. В [47] выделены три основных вида деформаций капли (рис. 17.11). [c.463]

    Сложные виды деформаций. Основные виды деформации — растяжение, сжатие, сдвиг и кручение — в реальных конструкциях резиновых деталей осложняются взаимным наложением в различных комбинациях, что приводит к сложным видам деформаций, например вдавливанию. Обычно сжатие сопровождается сдвигом, а иногда — кручением. Результат комбинированных нагружений выражается в изменении характера кривых на диаграммах зависимости условное напряжение —деформация конструкции. В отдельных случаях зависимость принимает линейный характер. Однако необходимо учитывать, что отношение напряжения к деформации в линейной их зависимости представляет собой модуль лишь при упругой деформации. Условием этого можно считать, что деформации при последующей разгрузке вполне или в значительной степени, например на 90—95%, обратимы. [c.265]

    Основной вид соединения деталей в аппаратостроении — сварка. Однако в результате сварочных операций возникают различного рода деформации, не позволяющие вести сборку аппаратов по принципу взаимозаменяемости. Это увеличивает трудоемкость сборочных операций и нарушает ритм работы линии. Поэтому при разработке технологического процесса необходимо заранее учитывать расчетным или статическим методом сварочные деформации.[c.14]

    Твердому телу свойственны обратимые деформации, полностью исчезающие при снятии внешнего напряжения (напряжение Р — это отношение силы к площади, к которой она приложена). Различают два основных вида деформации растяжение (сжатие) — результат напряжения, направленного нормально к поверхности, и сдвиг — угловая деформация без изменения размеров и объема тела — результат тангенциального напряжения. [c.427]

    Существует два основных вида деформаций растяжение (или сжатие) и сдвиг, соответствующие нормальному и тангенциальному напряжениям. [c.263]


    Основные виды деформации и внешние воздействия, прилагаемые к резиновым изделиям в процессе эксплуатации. [c.63]

    Усталостный износ является основным видом износа резиновых изделий. Он проявляется при небольших значениях силы трения между резиной и истирающей поверхностью При этом на истираемой поверхности обычно не образуется царапин. Его интенсивность меньше, чем фрикционного и абразивного износа. Стойкость резин к этому виду износа определяется выносливостью резин к многократным деформациям, так как местные напряжения и деформации, возникающие от неровностей на истираемой поверхности в точках соприкосновения с контртелом, в результате проскальзывания трущихся поверхностей многократно повторяются. Повышение прочности, усталостной выносливости, стойкости к старению и снижение модуля упругости и гистерезисных потерь снижает усталостный износ. [c.155]

    Геометрия больших деформаций. Основное свойство биортогональных (взаимных) векторных базисов записывается в виде  [c.25]

    Капиллярные вискозиметры просты по конструкции, удобны в работе и надежны, так как не имеют вращающихся и трущихся частей. Они дают возможность охватить большой диапазон скоростей деформаций (и напряжений сдвига), перекрывающий деформационные режимы основных видов переработки резиновых смесей. Так, изменяя при постоянных перепадах давления только радиусы капилляров в 5—10 раз, можно достичь изменения объемных скоростей течения в-600—1000 раз.[c.54]

    В технике различают деформации растяжения (сжатия), сдвига, кручения и т. д. В МСС доказывается, что в случае несжимаемых материалов, каковыми являются многие дисперсные системы, основной можно считать деформацию сдвига, а остальные представляют собой различные комбинации этого основного вида деформации. [c.669]

    Критерии работоспособности. Основными видами повреждения зубьев пластмассовых зубчатых колес являются усталостный излом зубьев, усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев, пластические деформации и износ. [c.206]

    У твердых тел (кристаллических и аморфных) наблюдается два основных вида разрыва хрупкий и пластический. Хрупким называется разрыв, при котором разрушающие напряжения не вызывают в образце каких-либо заметных остаточных деформаций, связанных с вязким (для аморфных материалов) или пластическим (для кристаллических материалов) течением вещества. При хрупком разрушении сечение образца до и после разрыва одно и то же, в противоположность большему или меньшему сужению образца в месте разрушения при пластическом разрыве.[c.9]

    Программа изменения температуры и деформации образца задается на бумажной ленте в виде черных линий, аналогично описанному вьппе в настоящей главе. Основной вид испьггания состоит в нагружении образца по заданной программе деформации при конкретном характере изменения его температуры. Испытывается последовательно несколько образцов при одинаковом термическом цикле. Каждый из последующих образцов имеет программу деформации, соответствующую наличию в детали более крупного трещиноподобного дефекта. После завершения испьггания образца производится его долом с целью определения возможного подрастания трещины. [c.470]

    Основным видом нагружения является осевое растяжение-сжатие с заданными амплитудами деформаций. [c.213]

    Напряжение, вызывающее деформацию тела, определяется отношением силы к площади, на которую она действует. Действующая сила может быть разложена иа две составляющие нормальную, иаиравлениую перпендикулярно к поверхности тела, и тангенциальную (касательную), направленную ио касательной к этой поверхности. Соответственно различают два вида напряжений нормальные и тангенциальные, которым отвечают два основных вида деформаций растяжение (нлн сжатие) и сдвиг. Остальные виды деформации можно представить с помощью различных комбинаций этих основных видов деформаций. Едииицами напряжения являются в СП Па (паскаль), в системе СГС — дин/см . [c.356]

    Основными видами деформаций, которые испытывают герметики в различных условиях эксплуатации, являются, как правило, сдвиг и растяжение (сжатие), что обусловливает два основных требования, предъявляемых к герметикам, — эластичность и адгезия к различным конструкционным материалам металлам, дереву, пластмассам, стеклу, бетону, камню и др. [c.132]

    ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕФОРМАЦИИ [c.15]

    Основная особенность течения полимеров заключается в одновременном развитии трех видов деформации упругой уу, высокоэластической Vb и пластической Vn [19]. Деформации первых двух видов носят обратимый характер, деформации третьего вида являются необратимыми. Таким образом, для деформации сдвига элементарной призмы, вырезанной из расплава, справедливо следующее уравнение  [c.46]

    Разрывы теплообменной аппаратуры и технологических тру- бопроводов вызываются недопустимыми напряжениями в конструкциях вследствие отсутствия необходимой компенсации температурных деформаций. По этим причинам происходили разрывы элементов кожухотрубных теплообменников и других теплообменных аппаратов, а также технологических трубопроводов со взрывоопасными и токсичными продуктами. Следует иметь в виду, что теплообменная аппаратура является одним из основных видов технологического оборудования и составляет примерно 30—40% (по массе) от всего химического оборудования. [c.64]


    При измельчении материалов основными видами энергии, способствующими развитию трещин, являются энергии упругой и пластической деформаций, хотя в некоторых случаях возможны и другие виды энергии.[c.135]

    Ряд авторов подчеркивают, что для правильной оценки пластмасс изучение старения нужно вести с учетом хрупкого разрушения — основного вида разрушения пластмасс при их эксплуатации, для чего необходимо знать влияние на поведение пластмасс скорости деформации и различных видов напряжений (растяжения, сжатия, сдвига, изгиба)2° . Так, при резком изменении скорости деформации растяжения полиэтилена (перехода от изотермической к адиабатической деформации) величина удлинения при разрыве проходит через максимум при этом максимум резче выражен у полиэтилена высокой плотности, чем у полиэтилена низкой плотности Описаны методы контроля [c.277]

    Если снять нагрузку с растянутого линейного полимера, то он частично сократится, но не достигнет исходной длины, т. е. деформация является лишь частично обратимой. Это объясняется тем, что при растягивании происходит два основных вида деформации 1) распрямление скрученных макромолекул и 2) вязкое течение, т. е. относительное перемещение цепей молекул. Распрям-.ленные макромолекулы при снятии нагрузки снова скручиваются. Этот вид деформации обратим. Удлинение, возникшее вследствие вязкого течения, — процесс необратимый. [c.27]

    Лекция 7. Метод сечений. Основные виды деформаций. Напряжение. Виды напряженного состояния. Закон Гука. Продольные силы. Построение эпюр продольных сил. Напряжения и деформации при растяжении и сжатии. [c.250]

    Основным видом деформации, характеризующим жидкое состояние, является течение. При малых напряжениях и малых скоростях потока жидкость движется параллельными несмеши-вающимися слоями. Такое движение называется ламинарным. Между слоями возникает сила трения, направленная противоположно движению и зависящая от сил сцепления (межмолекулярного взаимодействия) молекул жидкости. [c.429]

    Одним из основных видов деформации в вершине трещины, растущей в хрупком полимере, является вынужденно-эластическая деформация. Несмотря на то что полимер в целом не обнаруживает ннкакн.х признаков вынужденной эластичности, в микрообъеме может наблюдаться перемещение сегментов н их последующее разрушение. Так, при нагревании до температуры хрупкости (Т = Тхр), когда шейка в образце еще не развивается, в микрообъеме в вершине трещины может развиваться значительная вынужденно-эла- [c.197]

    Исследование механических свойств твердых тел и жидкостей, т. е. их способности сопротивляться деформации и разрушению под действием приложенной извне механической нагрузки, показывает, что существует общность законов, описывающих механическое поведение тел различной природы. Можно выделить несколько простейших, вместе с тем основных, видов механического поведения и, комбинируя их, приближенно описать более сложные механические свойства реальных тел. Наука, формулирующая правила и законы обобщенного рассмотрения механического поведения твердо- и жидкообразных тел, называется реологией (от греческих слов ресоа — течение и А-оуса — учение). Основным методом реологии является рассмотрение механических свойств на определенных идеализированных моделях, поведение которых описывается небольшим числом парамет- [c.307]

    Основные виды покрытий на основе каучуков Покрытия на основе каучуков обладают комплексом ценных свойств высокой химической стойкостью в сочетании с износостойкостью, небольшой стоимостью, хорошей адгезией к металлической поверхности, высокой стойкостью к деформациям и ударам, простотой нанесення. [c.101]

    Так как в условиях эксплуатации дорожного покрытия прп повышенных температурах (летом) основным видом деформаций, вызывающим разрушение дорожного покрытия, являются деформации сдвига, а при низких температурах (зпмой)—деформации изгиба, исследование структурно-реологических свойств бптумов целесообразно производить в интервале низких температур методом деформирования при изгибе, в остальном температурном диапазоне — методом чистого однородного сдвига. [c. 77]

    Во-вторых, предшествующая деформация основного материала может повлиять на определение характеристик КР. Поскольку большинство полуфабрикатов из титановых сплавов поставляются в отожженном или закаленно-состаренном состояниях, вероятно, наиболее общие виды холодного наклепа могут приводить к напряжениям, возникающим в процессе изготовления конструкции. Влияние холодного наклепа на характеристики КР не было ши роко изучено. В работе [100] показано, что величины Ки и Кшх> для титана Т1-70 А зависят от предварительного наклепа. Согласно данным табл. 2 величина Кгкр вначале снижается с ростом степени наклепа, а затем возрастает. В а-сплавах Т1—5 А1—2,5 5п и Т1—5 5п—5 2г холодный наклеп, по-видимому, незначительно увеличивает 1кр [100]. Фактически данные по влиянию холодного наклепа на характеристики КР других титановых сплавов отсутствуют. Единственный результат, полученный на сплаве И—7 А1— 2,5 Мо, показывает, что холодный наклеп увеличивает /С р [ЮО]. [c. 320]

    Полимеры в вязкотекучем состоянии могут испытывать три вида деформации сдвиг, одноосное растяжение и объемное сжатие Наиболее изучено течение полимеров прн сдвиге Перемещение элементов тела осуществ чяется под действием тангенциальных напряжений ог со скоростью (где — деформация, (— время). Сдвиг являстся основным видом деформирования прн переработке полимеров на смесительном обо-рудовапни (смешение с ингредиентами, ватьцевание и др). Одноосная деформация яв ]ястся определяющей ирн производстве во юкон, а прн получении пленок большой вк 1ад вносит и двухосное растяжение [c.301]

    Упругая деформация (Vynp) связана с изменением расстояния между атомами в макромолекулах и с изменением валентных углов. Величина ее незначительна по сравнению с двумя другими составляющими, и ею поэтому, как правило, можно пренебречь. Высокоэластическая деформация (Ув. эл) связана с раскручиванием макромолекулярных клубков и может достигать по своей величине сотен процентов. При температуре выше температуры текучести полимера основным видом деформации является деформация вязкого течения (Утеч). обусловленная взаимным перемещением центров тяжести отдельных макромолекул. Однако в той или иной степени сохраняются высокоэластические свойства. Реологические свойства расплавов полимеров определяются характером зависимости между напряжением и скоростью сдвига. Эту зависимость = / Уху) выраженную графически, обычно называют кривой течения (рис. 1.1). [c.17]

    Термическая обработка. Вид термической обработки зависит от назначения изделия н стадии технологического процесса. Сердечники твэлов обычно подвергают Р-закалке для создания мелкозернистой квазя-изотропной структуры. При изготовлении листов и проволоки используют отжиги для уменьшения наклепа и получения мелкозернистой рекри-сталлизованной структуры, р-термообработка заключается в нагреве урана до температур образования Э-фазы, выдержке для обеспечения полноты а- -Р-превращения и охлаждения до температур нижней области а-фазы. Рекомендуется проводить закалку сразу после окончания а->-Р-превращения, чтобы избежать роста зерна. Однако на практике это Время немного увеличивают, чтобы выровнять состав сплава и улучшить структуру при последующем охлаждении. Благодаря увеличению анизотропии, которым сопровождается р->а-превращение, решетка урана во время Р-закалки испытывает сильную деформацию. Поэтому Р-закалеи-ный уран обычно отжигают при 500—580 °С для снятия напряжений. Р-закалка является стандартным способом получения необходимых структуры и свойств сердечников твэлов. Для выравнивания режимов Р-закалки необходимо ограничивать время пребывания изделий на воздухе при переносе их в закалочную среду и контролировать скорость охлаждения образца в закалочном баке. Если р-закалке подвергают изделия после а-деформации, основная задача Р-закалки — снять текстуру. При термической обработке литых заготовок основная задача Р-закалкн — измельчение зерна. [c.620]

    Момент, обусловленный упругой деформацией электронных болочек и=пи упругим смещением атомов, составляющих молекулу, устанавливается почти мгновенно (в течение 10- —10 сек). Величина диэлектрической проницаемости, связанная лишь с установлением электрического момента этого вида, определяется известным соотношением Максвелла е = п (п — оптический показатель Преломления). Это основной вид поляризации в неполярных диэлектриках. [c.272]

    Следует подчеркнуть, что при использовании схем расчета по энергиям связи, а также при сравнении с другими значениями энтальпий атомизации рассчитанные величины обычно приводят при 298° К. Эти величины, как правило, представляют собой сумму термической энергии атомов и молекул и энергии основных видов колебаний ядер при 0° К. Поэтому во многих случаях было бы вполне логично рассматривать значения энергии при какой-либо одной базисной температуре, т. е. при 0° К или 298° К. Неландер и Суннер [1050], рассмотрев ряд нолициклических молекул, пришли к выводу, что, хотя термин энергия и употребляется при вычислении энергий связи (а также энергий деформации), том не менее во всех обычных расчетных схемах удобнее использовать величины энтальпий. Этот факт необходимо учитывать нри анализе процессов, связанных с образованием кольцевых структур. Эти авторы указали также на целесообразность использования во всех возможных случаях в качестве базисной [c.164]

    ЦИАНИРОВАНИЕ — диффузионное насыщение поверхности изделий из сталп (чугуна) одновременно углеродом и азотом в расплавленных солях. См. также Нитроцемептация, ЦИКЛИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ (от греч. лилХое — круг, круговращение, цикл) — свойство твердых материалов необратимо рассеивать энергию при циклическом деформировании. Начинает заметно проявляться при напряжении выше предела упругости и обусловлена в основном микропластическими деформациями. Графическая зависимость между напряжением и деформацией имеет вид петли (рис.), к-рая наз. петлей мех. гистерезиса. Площадь петли равна энергии, необратимо рассеянной в единице объе.ма материала за один цикл, и характеризует циклич. вязкость. Определяют Ц. в. отношением [c.722]

    Стабилизаторы применяют для защиты иолимеров от старения. Основные виды стабилизаторов антиоксиданты, к-рые являются ингибиторами термической деструкции и термоокислительной деструкции антиозонанты — ингибиторы озонного старения светостабилизаторы — ингибиторы фотоокислителъной деструкции антирады — ингибиторы радиационной деструкции. К стабилизаторам отпосятся также и про-тивоутомители — вещества, повышающие усталостную выносливость резни при многократных деформациях. [c.421]


Виды деформаций стержня. понятие о деформированном состоянии материала

Содержание:

Виды деформаций стержня. понятие о деформированном состоянии материала

  • Виды деформации стержня. Понятие деформационного состояния материала Реальное тело может быть деформировано. Деформация тела происходит из-за нагрузки или изменения температуры из-за внешних сил. Когда тело деформируется, его точки и мысленно нарисованные линии или сечения перемещаются в плоскости или пространстве относительно исходного положения. При нагружении

твердого тела возникают внутренние силы взаимодействия между частицами, которые противодействуют внешним силам и пытаются вернуть частицы тела в положение, занимаемое до их деформации. Деформация упругая, то есть исчезает после окончания действия силы, вызвавшей их, пластическая или остаточная, не исчезает. С увеличением внешних сил внутренние

силы также возрастают, но до определенного предела, в зависимости от характеристик Людмила Фирмаль

материала. Существует точка, в которой тело больше не может сопротивляться дальнейшему увеличению внешних сил. А потом все рушится. В большинстве случаев величина деформации элементов конструкции имеет определенные ограничения. Основным объектом, рассматриваемым в сопротивлении материала, является стержень с прямой осью. 8 напротив В сопротивлении материала изучаются следующие основные виды деформации стержня: растяжение и сжатие, сдвиг (сдвиг), кручение и изгиб. Рассмотрим более сложные варианты, обусловленные сочетанием нескольких оснований.

Растяжение или сжатие происходит, когда, например, к стержню и его оси прикладывается сила (рис. 3). В этом случае поперечное сечение перемещается вдоль оси стержня, растягивается при растяжении и укорачивается при сжатии. Изменение исходной длины стержня называется абсолютным удлинением натяжения или абсолютным укорочением сжатия. Отношение абсолютного удлинения (укороченного) а/к исходной длине I-го стержня называется длиной / средним удлинением, обычно обозначаемым буквой EC p: D/_ Многие конструктивные элементы КП I работают на растяжение или сжатие: стержни фермы парового двигателя, колонны, штоки и поршневые

  • насосы, стяжные винты и другие узлы. Сдвиг или срез происходит, когда внешняя сила смещает два параллельных плоских участка одного из стержней относительно другого На определенном расстоянии между ними(рис. 4). Величина смещения называется абсолютным сдвигом. Отношение абсолютного сдвига к расстоянию a между плоскостями сдвига (касательной к углу y) называется относительным сдвигом. Из-за малости угла в упругой деформации ее касательная принимается равной углу наклона проблемного элемента. Поэтому относительный сдвиг Относительный сдвиг-это

угловая деформация, характеризующая наклон элемента. Режущие или режущие работы, например, заклепки и болты, крепежные элементы, в которых внешние силы стремятся двигаться одна против другой. 9круучение происходит при действии внешних сил на стержень, образующих момент на оси стержня(фиг. 5). Торсионная деформация сопровождается вращением поперечного сечения стержней относительно друг друга вокруг своей оси.

Угол поворота другого участка одного участка стержня, расположенного на расстоянии I, называется длиной / верхним углом закрутки. Людмила Фирмаль

Отношение угла кручения<p к длине / называется относительным углом кручения: ОИ = ДЕНПАСАР зет. Торсионные рабочие валы, шпиндели и сверлильные станки и другие детали токарного станка. Изгибная деформация (рис.  6) состоят в изгибе оси прямого стержня или в изменении кривизны криволинейного стержня. Движение любой точки оси стержня представлено вектором, начало которого совмещено с исходным положением точки, а конец-с положением той же точки деформированного стержня. Угол поворота секции относительно первого положения обозначается буквой 0. Например, изгибные работы подвижного состава, такие как листовая рессора, зуб шестерни, колесная спица, ось балки плиты перекрытия, рычаг и многие другие детали. В результате одновременного действия различных видов ПА-сил, вызывающих указанную элементарную деформацию, возникают более сложные варианты. Поэтому элементы машин и конструкций часто подвергаются воздействию сил,

вызывающих как изгиб, так и скручивание, изгиб и растяжение, сжатие и др. Описанная деформация стержня в целом указывает на изменение его формы и размеров, но ничего не говорит о степени и характере деформационного состояния материала. Исследования показали, что деформированное состояние организма, вообще говоря, — — —1 От точки к точке неравномерно. Для определения деформации в любой точке(рис. 7) идите от этой точки в любом направлении и нарисуйте на теле не деформированную часть прямой линии AB, имеющую длину S. После деформации точка A и точка B перемещаются и занимают положение/11 и Bi соответственно,

а расстояние между ними s изменяется на величину As. Отношение-s=ESP называется средним относительным линейным вариантом отрезка AB. Приблизим точку а к точке в, т. е. уменьшим длину отрезка s, предел получим Величина представляет собой относительную линейную деформацию в точке а в направлении АВ. Если мы знаем, что расстояние между точкой A и точкой B увеличивается, то ELV называется относительным растяжением и это относительное сокращение расстояния уменьшается. В одной и той же точке а относительные линейные деформации в разных направлениях могут быть различными. Обычно в качестве основной координаты берется направление, параллельное оси выбранной прямоугольной системы координат. Затем относительная линейная

деформация в точке обозначается Еж (е^), соответственно, и за счет полных свойств деформации в точке вводятся также угловые деформации. , E2 и три относительные угловые деформации в терминах тела-CCS, CCS, CCS, CCS-состояние деформации полностью определяется шестью компонентами деформаций.

Смотрите также:

Виды деформаций — Наука и образование

Упругие деформации, возникающие в телах, могут быть разнообразными.

Различают четыре основных вида деформаций: растяжение (или сжатие), сдвиг, кручение и изгиб.

Рассмотрим каждый из них в отдельности.

Растяжение

Приложим к прямому стержню АВ две силы Р, равные по величине и направленные по оси стержня в противоположные стороны. Эти силы растянут стержень. Можно один конец стержня А закрепить неподвижно, а к другому концу В приложить одну силу Р, результат будет такой же, как и в первом случае.

Чем больше величина силы Р, приложенной к стержню, тем больше его растяжение.

Разграфим резиновую полоску на квадратики и растянем её так, как показано на рисунке. Мы заметим, что одновременно с удлинением полоска сокращается в поперечных размерах. Этот опыт показывает, что при продольном растяжении увеличивается длина тела, но сокращаются поперечные размеры его.

Растяжение испытывают тросы, канаты, цепи в подъёмных транспортных устройствах и мостах, стяжки между вагонами в поездах, балки строительных ферм и т. д.

Если на стержень АВ будут действовать силы, направленные навстречу друг другу, то он сожмётся. Длина его при этом уменьшится, а поперечные размеры увеличатся.

Нетрудно видеть, что деформация сжатия противоположна деформации растяжения.

Сжатие испытывают столбы, колонны, стены, фундаменты домов, стержни строительных ферм и др.

Сдвиг

Тело может подвергаться действию сил, стремящихся сместить одну часть его относительно другой так, как показано на рисунке; испытываемая телом деформация в этом случае называется сдвигом. Представление о таком роде деформации даёт сдвиг листов книги, если, положив книгу на стол, перемещать верхнюю часть её параллельно основанию, которое остаётся неподвижным. Все листы книги смешаются друг относительно друга.

Если на брусок действуют силы, направленные навстречу друг другу и сдвигающие одну часть бруска относительно другой так, как показано на рисунке, то при достаточной величине этих сил мы наблюдаем срезание. Это явление наблюдается, например, при резании ножницами.

Деформации сдвига подвергаются, например, болты и заклёпки, соединяющие отдельные металлические конструкции.

Кручение

Если на стержень, один конец которого закреплён, действует пара сил, лежащая в плоскости, перпендикулярной оси стержня, то получается деформация, которая называется кручением. При кручении отдельные слои тела остаются параллельными между собой, но повёрнутыми друг относительно друга на некоторый угол. Деформация кручения возникает, например, при завинчивании гаек. Деформаций кручения подвергаются валы машин, оси и др.

Изгиб

Брус, один конец которого закреплён, а на другой действует нагрузка, изгибается. Прямолинейная ось бруса превращается в криволинейную. Наибольший прогиб в направлении, перпендикулярном оси, называется стрелой прогиба. Прогибается брус и в случае, когда он подпёрт с обоих концов. Если вдоль бруса провести параллельные линии, то при изгибе бруса на вогнутой стороне его линии укорачиваются, а на выпуклой стороне удлиняются. Это наглядно показано на рисунке. Между крайними слоями находится слой, который изменил только свою форму, но длина его осталась без изменения. Этот слой называется нейтральным слоем. Вблизи от нейтрального слоя вещество почти не испытывает деформации растяжения или сжатия. Поэтому сплошные брусья, подвергающиеся изгибу, заменяют трубами, балки делают тавровыми (в виде буквы Т) или двутавровыми.

Двутавровая балка представляет собой, в сущности, широкую балку прямоугольного сечения, из которой удалена часть среднего слоя, который, как мы видели, не подвергается деформации. Поэтому применение таких балок в строительном деле даёт большую экономию материала без ухудшения строительных качеств балок.

Применяя вместо стержней трубы, не только экономят материал, но и облегчают вес многих установок и машин.

Кости животных имеют, как известно, трубчатое строение, что уменьшает их вес.

В большинстве случаев наблюдаемая на практике деформация представляет собой сочетание нескольких основных деформаций одновременно.

Можно показать, что любой вид деформации можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу. В случае деформации растяжения силы, действующие на тело, направлены перпендикулярно площади сечения тела, а в случае сдвига они действуют по касательной к этой площади.

Урок физики по теме «Деформация. Виды деформации. Закон Гука»

Изучение физики помогает лучше видеть и понимать мир.

Школа сегодня стремительно меняется, пытается попасть в ногу со временем. Главное же изменение в обществе, влияющее и на ситуацию в образовании, — это ускорение темпов развития. А значит, школа должна готовить своих учеников к той жизни, о которой сама еще не знает. Поэтому сегодня важно не столько дать ребенку как можно больший багаж знаний, сколько обеспечить его общекультурное, личностное и познавательное развитие, вооружить таким важным умением, как умение учиться. По сути, это и есть главная задача новых образовательных стандартов, которые призваны реализовать развивающий потенциал общего среднего образования. Сегодня мы говорим лишь о метапредметном подходе и метапредметных результатах в обучении в связи с формированием универсальных учебных действий как психологической составляющей фундаментальной части образования.

Дидактическая цель: расширить знания учащихся о различных видах деформаций, их особенностях, характеристиках и применении в технике, обеспечить более высокий, научный уровень знаний.

Развивающая цель: развивать умственные и творческие способности учащихся, познавательный интерес к предмету, к будущей профессии.

Воспитательная цель: способствовать формированию сознательного творческого отношения к обучению, умения работать в коллективе и понимать значение получаемых знаний для построения успешного будущего.

Методическая цель: показать методы и приёмы активизации познавательной и мыслительной деятельности учащихся, применение на уроке физики мультимедийного оборудования.

Межпредметные связи. Спецтехнология поваров: темы технологии приготовления мясных, рыбных изделий и изделий из теста; биология: тема «Злаковые»; анатомия человека: тема «Скелет человека», оборудование предприятий общественного питания: тема «Характеристика помещений и общие требования к оборудованию пищевого блока».

МТО урока. DVD – диск с видеофильмом, слайды, модель для демонстрации видов деформаций, образец из упругого материала, линейка, перфокарты, ЛОТО, резиновый шнур, кольцо, сборник задач по физике (А.П.Рымкевич, Москва, Издательский дом «Дрофа», 2004г.), блок–схемы, мозаика (три картинки).

Тип урока.  Урок усвоения новых знаний на основе имеющихся.

Методы и приёмы. Лекционное изложение материала с параллельной демонстрацией видеоматериалов и простых опытов, озвучивание учащимися видеосюжетов, работа с трафаретами, ЛОТО, рассказ по цепочке, мини практическая работа, игровые моменты.

Виды самостоятельной деятельности: заполнение блок–схемы, работа со справочником, мини практическая работа, работа с перфокартами и ЛОТО, ответы на вопросы «мозаики», озвучивание видеосюжетов.

ХОД УРОКА

I. Организационная часть (доклад дежурных о готовности группы к уроку, количестве присутствующих и отсутствующих учащихся).

II. Повторение. Проверка знаний

1. Установить соответствие между словами, распределив их в три группы (1 чел. у доски).

На доске в произвольном порядке с помощью магнитов прикреплены карточки со словами: поликристаллические, монокристаллические, аморфные, сахар кусковой, кристалл соли, сахарный леденец, алмаз, стекло, железо.

Дополнительные вопросы отвечающему.

– По какому признаку производилась классификация?
– Что в данном случае связывает физику с профессией повара? (Ответ. Сахарный леденец получают путём плавления на медленном огне сахарного песка. При этом происходит разрушение кристаллической структуры сахара, и получается аморфное вещество – леденец).

2. Фронтальный опрос (осуществляется в то время, пока учащийся выполняет задание на доске).

– На какие виды по характеру расположения частиц делятся твёрдые тела?
– Какие тела мы называем кристаллическими?
– В чём отличие моно- и поликристаллов?
– Что такое анизотропия?
– Какие из твёрдых тел изотропны, а какие анизотропны?
– Чем аморфные тела отличаются от кристаллических?
– К какому виду твёрдых веществ относятся инструменты, детали оборудования, интерьера мастерской, где вы проводите практические занятия?

III. Изложение нового материала

Часть I

(Рассказ учителя, сопровождающийся демонстрацией простых опытов и видеоматериалов).

На столах у учащихся блок – схема урока, которую они заполняют по мере изучения нового материала, записывая основные определения и формулы.(Приложение 1)

1. Деформацией называют изменение размеров или формы тела под действием силы.
Деформация возникает в случае, когда различные части тела совершают неодинаковые перемещения.

Например. Растянем резиновый шнур. Части шнура смещаются относительно друг друга, и шнур окажется деформированным – станет длиннее и тоньше (Демонстрация №1).
Деформации, которые исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими. Упругую деформацию испытывает, например, пружина после снятия подвешенного к её концу груза (демонстрация №2).

Деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называют пластическими. Например, пластилин, глина, воск.
Выделяют деформации сжатие, растяжение, изгиб, кручение, сдвиг.
При малых деформациях изменение формы или объёма тела визуально не всегда очевидно, но в любом случае изменяется положение молекул относительно друг друга. Посмотрим это на видео сюжете.

(Демонстрация № 3 на модели, слайд № 1 «Виды деформации»).

Рассмотрим каждую деформацию подробнее.

а) Деформация растяжения характеризуется абсолютным удлинением Δl и относительным удлинением ᶓ.

Пусть в нерастянутом виде длина образца равна l0 . Под действием приложенной к нему силы его длина станет равной . Таким образом, абсолютное удлинение образца  = l – l0
(выкладываем на доске динамичные формулы).
Относительное удлинение – это отношение абсолютного удлинения к начальной длине образца: e =  Δl/ l0
Растяжение испытывают тросы, подъёмные механизмы, канаты, стяжки между вагонами.
При сжатии относительная деформация отрицательная.
Сжатие испытывают столбы, колонны, стены, фундаменты зданий.
При растяжении и сжатии изменяется площадь поперечного сечения тела.
Проделаем опыт с резиновой трубкой, на которую надето кольцо (демонстрация №4).
При достаточно сильном растяжении площадь сечения уменьшается и кольцо упадёт.
При сжатии площадь поперечного сечения увеличивается.

б) Деформация изгиба

Деформацию изгиба можно свести к деформации неравномерного растяжения и сжатия, когда одна сторона подвергается растяжению, а другая – сжатию (демонстрация № 5 на модели).
За меру деформации изгиба принимается смещение середины балки или её конца. Это смещение называется стрелой прогиба (слайд № 2).
Опыт показывает, что при упругой деформации стрела прогиба пропорциональна нагрузке. Деформацию изгиба испытывают балки и стержни, расположенные горизонтально.
При небольших деформациях слой, расположенный внутри изгибаемого тела, не испытывает ни сжатия, ни растяжения. Его называют нейтральным слоем. Малы и силы, возникающие в этом слое при деформации.
Это позволяет значительно уменьшить площадь поперечного сечения детали вблизи нейтрального слоя, удалив часть материала, которая практически не несёт деформирующие нагрузки. Это позволяет, не снижая прочности конструкции, добиться её облегчения и экономии материала.
В современной технике и строительстве уже давно вместо стержней и сплошных брусьев применяют трубы, двутавровые балки, рельсы, швеллеры (слайд № 3).
Сама природа в процессе эволюции наделила человека трубчатыми костями конечностей, сделала стебли злаков трубчатыми, сочетая экономию материала с прочностью и лёгкостью «конструкции» (слайды № 4, 5).

в) Деформация сдвига

Демонстрация №6.

Укрепим на штативе модель для демонстрации видов деформаций. Модель представляет собой параллельные пластины, соединённые между собой пружинами.
Горизонтальная сила сдвигает пластины относительно друг друга без изменения объёма тела, слои бруска смещаются, оставаясь параллельными, а вертикальные грани, оставаясь плоскими, отклоняются на некоторый угол α, который и является мерой деформации сдвига.
У реальных твёрдых тел при деформации сдвига объём также не меняется.
Деформацию сдвига испытывают балки в местах опор, заклёпки и болты, скрепляющие детали, мел, которым пишут на доске, ластик и т.д.
Сдвиг на большие углы может привести к разрушению тела – срезу.
Это происходит при работе ножниц, долота, зубила, зубьев пилы.

г) Разновидностью деформации сдвига является кручение.

(Видеоролик «Деформация кручения»)

IV. Закрепление новых знаний (часть 1)

1. Используя построенную в конспектах схему, рассказать, что такое деформация, о каких видах деформации вы узнали (рассказ по цепочке).
2. Озвучить видео иллюстрации. О каких видах деформации можно рассказать, просмотрев конкретный сюжет?

V. Изучение нового материала (часть II)

1. Мы уже говорили об упругих и пластических деформациях.

В любом сечении деформированных тел действуют силы упругости, препятствующие разрыву тела на части. Тело находится в напряжённом состоянии, которое характеризуется механическим напряжением.

Механическим напряжением σ называется физическая величина, равная отношению модуля F силы упругости к площади поперечного сечения S тела. 

σ = F / S

В СИ за единицу напряжения принимается 1 Па =1 Н/м2.

При малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению, т.е. σ = Е* | l |

Это закон Гука для упругих деформаций.

Е – модуль упругости (модуль Юнга), характеризующий способность материалов оказывать сопротивление упругим деформациям.

Для данного материала модуль упругости является величиной постоянной (см. в справочнике стр.169, табл.7).

Сравним значения модуля упругости стали и алюминия.

У стали модуль упругости 200 Гпа, а у алюминия 70 Гпа. При прочих равных условиях, чем больше Е, тем меньше деформируется материал (сталь).

2. Чтобы строить надёжные дома, мосты, станки, разнообразные машины, необходимо знать механические свойства используемых материалов: бетона, стали, железобетона, пластмасс и т.д. Конструктор заранее должен знать поведение материалов при деформациях, условиях, при которых материалы начнут разрушаться. Сведения о механических свойствах материалов получают экспериментально, вычерчивая по результатам опытов график, называемый диаграммой растяжения.

Рассмотрим диаграмму зависимости механического напряжения тела от относительного удлинения. (Слайд № 6)

В области малых удлинений справедлив закон Гука, и кривая практически совпадает с прямой линией. В этой области деформация обратима, т.е. при снятии напряжения тело принимает исходную форму.

После точки А на кривой и до точки Б находится область пластичности, где наблюдается отклонение от закона Гука, а при снятии напряжения тело возвращается не в исходное, а в чуть деформированное состояние, (остаточная деформация).

Наконец, после точки Б начинается область текучести, когда деформация тела резко возрастает даже при малом увеличении напряжения, и при снятии напряжения тело не возвращается в исходное состояние.

В области за точкой В наступает полное разрушение тела.

Максимальное значение механического напряжения, после которого образец разрушается, называют пределом прочности.

VI. Закрепление материала

1. Вспомним физические величины и формулы, которые упоминались на уроке.
Задание. Заполнить в перфокартах недостающие буквы. Прочитать формулы, проговаривая названия физических величин.

2. Физическое лото.

Задание. Установить соответствие между физическими величинами и единицами измерения физических величин (с комментариями).

3. Практическое задание.

Определить абсолютное и относительное удлинение образца.
Оборудование: резиновый образец, линейка, грузы.

4. Игра.(Приложение 2)

Подведение итогов. Оценка работы учащихся.

Домашнее задание.

Г.Я.Мякишев, Б. Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. Учебник « Физика 10» М.: Просвещение, 2004 г §36, §37, читать конспект.

Деформация горных пород

Поднятие и изостазия

Тот факт, что морские известняки встречаются на вершине Эвереста, указывает на то, что деформация может вызвать значительное вертикальное движение земной коры. Такое вертикальное движение земной коры называется поднятием . Поднятие вызвано деформацией, которая также включает утолщение коры с низкой плотностью и, поскольку кора «плавает» на мантии с более высокой плотностью, включает другой процесс, который контролирует высоту гор.

Открытие этого процесса и его последствий было связано с измерениями силы тяжести. Гравитацию измеряют с помощью устройства, известного как гравиметр. Гравиметр может измерить разница в силе тяжести составляет всего 1 часть на 100 миллионов. Измерения гравитация может обнаруживать области, где есть недостаток или избыток массы под поверхностью земли. Эти недостатки или превышения массы называются аномалиями силы тяжести .

Положительная аномалия силы тяжести указывает на то, что под областью выходит избыток массы. Отрицательная аномалия силы тяжести указывает на то, что под областью меньше массы.

Отрицательные аномалии существуют под горными хребтами и отражают топографию и земную корку. толщина, определенная сейсмическими исследованиями. Таким образом, континенты с низкой плотностью кажутся плавает на мантии с более высокой плотностью.

Выступы коры в мантию называются корнями коры.Нормальная толщина земной коры, измеренная от поверхности до Мохо, составляет от 35 до 40 км. Но под горными поясами обычна толщина земной коры от 50 до 70 км. В общем, чем выше горы, тем толще кора.

Причиной этого является принципал i sostasy . Принцип можно продемонстрировать, поместив в ванну или раковину деревянные блоки разного размера с низкой плотностью. Более крупные блоки будут плавать выше и переходить на более глубокие уровни воды и имитировать то, как континенты плавают в мантии (см. Рисунок 11.26 в вашем тексте).

Однако следует иметь в виду, что плавает не только кора, но и вся литосфера. Таким образом, литосферная мантия под континентами также простирается на более глубокие уровни и толще под горными хребтами, чем обычно. Поскольку литосфера плавает в астеносфере, которая более пластична, чем хрупкая литосфера, мягкая астеносфера может течь, чтобы компенсировать любое изменение толщины коры, вызванное эрозией или деформацией.

Принцип изостазии гласит, что существует флотационный баланс между породы низкой плотности и породы высокой плотности.т.е. породы земной коры низкой плотности плавают на более высоких плотность мантийных пород. Высота, на которой плавают породы с низкой плотностью, зависит от мощность пород низкой плотности. Континенты стоят высоко, потому что они состоят из низких Породы плотности (гранитный состав). Океанические бассейны стоят низко, потому что они состоят из более плотные базальты и габброиды.

Изостазия лучше всего иллюстрируется эффектами оледенения. Во время ледникового периода коровые породы покрытые льдом, подавляются весом вышележащего льда.Когда лед тает, участки, ранее покрытые льдом, подвергаются поднятию.

Горы растут только до тех пор, пока есть силы, вызывающие подъем. По мере того, как горы поднимаются, они разрушаются. Первоначально эрозия заставит горы подняться выше в результате изостатической компенсации. Но, в конце концов, вес горы начинает сдавливать нижнюю кору и субконтинентальную литосферу до уровней, на которых они начинают нагреваться и становиться более пластичными. Затем эта более горячая литосфера начнет вытекать наружу от лишнего веса, и вышеупомянутое начнет разрушаться.

Более горячие породы могут в конечном итоге частично расплавиться, что приведет к изверженным интрузиям по мере продвижения магмы на более высокие уровни, или вся более горячая нижняя кора может начать подниматься в результате их более низкой плотности. Эти процессы в сочетании с эрозией на поверхности приводят к эксгумации , в результате чего породы из глубинной коры в конечном итоге оказываются обнаженными на поверхности.

Что такое деформация? — Определение, типы и процесс — Видео и стенограмма урока

Как работает деформация

Скалы не подвергаются стрессу, как студент колледжа, но они постоянно находятся под давлением, которое заставляет их со временем менять свою форму. Напряжение определяется как сила, приложенная к площади. Если напряжение применяется равномерно, оно называется ограничивающим напряжением , и горная порода или земная кора не меняют форму. Когда сила не применяется одинаково во всех направлениях , возникает дифференциальное напряжение . Как вы можете видеть на Рисунке 2 на экране, есть три типа дифференциального напряжения, которому могут подвергаться горные породы:

  1. Растяжение
  2. сжатие
  3. Чистый

Давайте узнаем больше о каждом из этих типов.

Рисунок 3: Напряжение растяжения вызвано растяжением корки в противоположных направлениях.
Напряжение растяжения

Как показано на Рисунке 3, напряжение растяжения растягивает горные породы. Со временем это приводит к образованию долин. Напряжение растяжения вызывается растяжением корки в противоположных направлениях.

Рисунок 4: Когда два больших куска породы сталкиваются, происходит сжатие.
Напряжение сжатия

Этот тип напряжения формирует высокие горные хребты, такие как Гималаи и Смоки-горы.Напряжение сжатия, как показано на рисунке 4, возникает в результате столкновения двух больших частей земной коры, например двух континентальных плит.

Рис. 5: Напряжение сдвига вызывается двумя плитами, движущимися мимо друг друга, и приводит к образованию линии разлома, такой как разлом Сан-Андреас.
Напряжение сдвига

Линии разлома являются результатом напряжения сдвига. Как показано на рисунке 5, напряжение сдвига возникает, когда две пластины трутся друг о друга в противоположных направлениях.Напряжение сдвига возникает из-за того, что две плиты движутся мимо друг друга, и в результате образуется линия разлома, такая как разлом Сан-Андреас.

Типы деформации

Реакция на напряжение также называется деформацией. Скалы будут демонстрировать деформацию, изменяя форму, объем или размер. Если область может вернуться к своей первоначальной форме после деформации, говорят, что она претерпела упругой деформации . Если область не восстанавливается после изменения формы, она подверглась пластической деформации .

Давайте поговорим о двух типах деформации:

Рисунок 6: Кривые, видимые в породе, являются результатом пластической деформации.

Когда земная кора складывается или изгибается без разрушения, как вы можете видеть на Рисунке 6, это называется вязкой деформацией . Кривые, видимые в породе, являются результатом пластической деформации.

Рисунок 7: Стрелки на рисунке показывают трещину в породе, которая является результатом хрупкой деформации.

Когда горная порода разрушается под напряжением, это называется хрупкой деформацией. Как вы можете видеть на рисунке 7, стрелки на рисунке показывают трещину в породе, которая является результатом хрупкой деформации.

Факторы, влияющие на деформацию

Давайте сначала посмотрим на температуру. Температура влияет на деформацию горных пород двояко. При более высоких температурах порода может больше растягиваться при приложении нагрузки.Поскольку порода более пластична при высоких температурах, она образует более пластичные структуры. При более низких температурах ближе к поверхности Земли горная порода с большей вероятностью расколется или сломается при нагрузке. Это похоже на то, что происходит при нагревании стекла. При комнатной температуре стекло легко разбивается. Когда вы нагреваете стекло, оно становится более гибким и ему можно придать форму, не разбиваясь, как показано на Рисунке 8. Земная кора становится более пластичной по отношению к ядру из-за тепла и более хрупкой по направлению к поверхности из-за охлаждения.Изменения температуры также могут вызывать расширение и сжатие породы, что приводит к трещинам или хрупкой деформации. Если вы когда-либо случайно нагревали посуду из стекла Pyrex на плите, вы видели, как температура может вызвать хрупкую деформацию породы.

Рисунок 8: При более высоких температурах порода становится более гибкой или пластичной и может принимать форму.

Теперь посмотрим на давление. При высоком давлении горные породы с большей вероятностью образуют пластичные структуры, чем хрупкие.На это влияет так называемая скорость деформации. Скорость деформации — это величина деформации во времени. Более низкие скорости деформации приводят к образованию пластичных структур, в то время как более высокие скорости деформации приводят к трещинам или хрупким структурам. Представьте себе кусок ириски. Если быстро разорвать его, он сломается. Если его медленно разобрать, он растянется.

Изгиб или разрыв под напряжением

Пластичная и хрупкая деформация земной коры приводит к появлению в горах узоров образования, которые делают нашу планету красивой.Пластичные структуры появляются в земной коре в виде складок в ответ на горизонтальное давление. Типы складок показаны на рисунке 9. Когда скала складывается так, что она удаляется от центра, она образует антиклиналь . Когда складка изгибается к центру Земли, она называется синклиналью .

Рисунок 9: Складки можно разделить на антиклинали и синклинали.

Более сложные структуры могут быть сформированы путем сдвига или когда поперечное давление действует на породу, вызывая наклонные или асимметричные складки антиклинали и синклинали. Лежачая складка происходит, когда складка смещается из вертикального положения в горизонтальное. Примеры более сложных складок показаны на рисунке 10. На этом рисунке различные давления, оказываемые на породы, вызывают формирование более сложных структур.

Рисунок 10: Различные давления, оказываемые на горные породы, вызывают формирование более сложных структур.

Хрупкая деформация формирует разломы, которые можно классифицировать как 1) нормальные, 2) обратные или 3) сдвиговые, как вы можете видеть на Рисунке 11. Нормальные разломы возникают, когда силы растяжения заставляют земную кору разрушаться и горные породы опускаются вниз, как показано на Рисунке 11. Обратные разломы возникают, когда сжатие земной коры заставляет горную породу подниматься над линией разлома. Сдвиговые разломы вызываются боковым или поперечным движением земной коры.

Фигура

Резюме урока

Земная кора находится под различным давлением, называемым напряжением , или силой, приложенной к определенной области, которая может привести к так называемой деформации. Деформация — это любой процесс, который влияет на форму, размер или объем области земной коры. Существуют различные виды напряжений, включая ограничивающее напряжение , при котором горная порода или земная кора не изменяет форму, и дифференциальное напряжение , или когда сила не применяется одинаково во всех направлениях. В этом уроке мы рассмотрели три типа дифференциального напряжения:

  1. Напряжение растяжения , которое вызывается растяжением корки в противоположных направлениях
  2. Напряжение сжатия , которое является результатом столкновения двух больших частей земной коры, таких как две континентальные плиты, друг с другом
  3. Напряжение сдвига , когда две пластины трутся друг о друга в противоположных направлениях

Как и люди, земная кора по-разному реагирует на стресс.Если область может вернуться к своей первоначальной форме после деформации, она подверглась упругой деформации . Если область не восстанавливается после изменения формы, она подвергается пластической деформации . Иногда кора может складываться и изгибаться в ответ на напряжение, что приводит к пластической деформации , которая может возникать с образованием горных пород по мере приближения к ядру Земли, поскольку она становится более податливой при более высоких температурах. В других случаях корка не выдерживает давления и разрушается, что называется хрупкой деформацией .Это может быть вызвано высокой скоростью деформации , которая представляет собой величину деформации во времени. Пластичная деформация происходит при более низких скоростях деформации.

Мы также узнали, что пластичное давление формирует складки, а именно два типа. Когда скала складывается таким образом, что она удаляется от центра, она образует антиклиналь . Когда складка изгибается к центру Земли, она называется синклиналью . Есть также лежачих складок , которые происходят, когда складка смещается из вертикального положения в горизонтальное.С другой стороны, хрупкое давление приводит к возникновению разломов из-за деформации сдвига. Их можно разделить на три типа: нормальных разломов , когда силы растяжения заставляют земную кору разрушаться и горные породы опускаются вниз; обратных разломов , которые возникают, когда сжатие земной коры заставляет горную породу подниматься над линией разлома; и сдвигов , возникающих при боковом движении земной коры.

ДЕФОРМАЦИЯ ПОРОД


Деформация горных пород


Деформация горных пород

вернуться к содержанию всего курса…

Напряжение и деформация
Стадии деформации
Хрупкое-вязкое Свойства литосферы
Продолжающаяся деформация
Свидетельства прежней деформации
Разрушение хрупких горных пород
Нормальные разломы
Хорстс и Габенс
Полу-грабены
Обратные разломы
Тяговый разлом
Разрыв со скольжением при ударе
Разломы трансформации
Свидетельства движения по разломам
Складчатость пластичных горных пород
Моноклины
Антиклинали
Синклинали
Геометрия складок
Классификация складок
Взаимосвязь Между складками и разломами
Складки и топография

см. Также деформацию изображения в геологических процессах..


адаптировано к HTML из конспектов лекций профессора Стивена А. Нельсона Тулейна University

Внутри Земли горные породы постоянно подвергаются действию сил, чтобы согнуть их, скрутить или сломать. Когда камни изгибаются, скручиваются или Разлом мы говорим, что они деформируются (меняют форму или размер). Силы, которые Причины деформации породы называются напряжениями (Сила на единицу площади). Итак, чтобы понять деформацию горных пород, мы должны сначала изучить эти силы или стрессы.

Напряжение а также Штамм

Напряжение — это сила, приложенная к определенной области. Один тип стресса, который мы все привыкли к равномерному напряжению, называемому давлением. Равномерное напряжение — это стресс при этом силы действуют одинаково со всех сторон. На Земле давление из-за веса вышележащих горных пород является однородным напряжением и иногда его называют сдерживающим стрессом.

Если напряжение не одинаково со всех сторон, мы говорим, что напряжение дифференциальное напряжение.Происходит три вида дифференциального стресса.

  • Напряжение растяжения (или напряжение растяжения), растягивающее горную породу;
  • Напряжение сжатия, сдавливающее горную породу; и
  • Напряжение сдвига, которое приводит к проскальзыванию и перемещению.
Когда камни деформируются, говорят, что они деформируются. Напряжение — это изменение размера, форма или объем материала.
Стадии деформации
Когда порода подвергается возрастающему напряжению, она проходит через 3 последовательные стадии деформации.

  • Упругая деформация — деформация обратима.
  • Пластичная деформация — деформация необратима.
  • Разрушение — необратимая деформация, при которой материал разрушается.
Мы можем разделить материалы на два класса, которые зависят от их относительного поведение в условиях стресса.
  • Хрупкие материалы имеют небольшую или большую область упругих свойств но только небольшая область пластичного поведения до того, как они сломаются.
  • Пластичные материалы имеют небольшую область упругих свойств и большая область пластичного поведения до их разрушения.

Поведение материала зависит от нескольких факторов.
Среди них:

  • Температура — При высокой температуре молекулы и их связи могут растягиваются и перемещаются, поэтому материалы будут вести себя более пластично. При низкой температуре материалы хрупкие.
  • Ограничивающее давление — при высоком ограничивающем давлении материалы меньше вероятность разрушения, потому что давление окружающей среды имеет тенденцию к препятствуют образованию трещин.При низком ограничивающем напряжении материал будет хрупким и сломается раньше.
  • Скорость деформации — при высоких скоростях деформации материал имеет тенденцию к разрушению. В низкие скорости деформации больше времени для движения отдельных атомов и поэтому предпочтение отдается пластичному поведению.
  • Состав — некоторые минералы, такие как кварц, оливин и полевой шпат. очень хрупкие.
    Другие, например глинистые минералы, слюды и кальцит, более пластичны. происходит из-за типов химической связи, которая удерживает их вместе.
    Таким образом, минералогический состав породы будет определяющим фактором. определение деформационного поведения породы. Другой аспект наличие или отсутствие воды.
    Вода, кажется, ослабляет химические связи и образует пленки вокруг минеральные зерна, по которым может происходить проскальзывание. Таким образом мокрая скала имеет тенденцию вести себя пластично, в то время как сухие породы склонны вести себя хрупкий образ.
Хрупкий-Вязкий Свойства литосферы

Все мы знаем, что горные породы у поверхности Земли ведут себя хрупко. манера.Породы земной коры состоят из таких минералов, как кварц и полевой шпат. которые обладают высокой прочностью, особенно при низком давлении и температуре. В качестве мы идем глубже в Землю, сила этих горных пород изначально возрастает. На глубине около 15 км мы достигаем точки, называемой хрупко-вязкой. переходная зона. Ниже этой точки прочность горных пород уменьшается, потому что трещины закрываются, а температура повышается, в результате чего породы ведут себя пластично. В основании коры меняется тип породы. до перидотита, богатого оливином.Оливин сильнее, чем минералы, которые составляют большинство пород земной коры, поэтому верхняя часть мантии снова сильный. Но, как и в коре, повышение температуры в конечном итоге преобладает и на глубине около 40 км хрупко-пластичный переходная зона в мантии. Ниже этой точки породы ведут себя все более пластичный


Деформация в процессе
Лишь в некоторых случаях деформация горных пород происходит со скоростью наблюдаемые в человеческих временных масштабах.Резкие деформации по разломам, обычно связанных с землетрясениями, вызванными разрушением горных пород, происходит на шкала времени в минутах или секундах. Постепенная деформация по разломам или в области поднятия или опускания могут быть измерены в течение нескольких месяцев, чтобы лет с чувствительными измерительными приборами.

Свидетельства Бывшая деформация
Свидетельства деформации, которая произошла в прошлом, очень очевидны в коровые породы.Например, осадочные толщи и потоки лавы обычно следовать закону изначальной горизонтальности. Таким образом, когда мы видим такие слои наклонный, а не горизонтальный, свидетельствует об эпизоде ​​деформации. настоящее время. Чтобы однозначно определить ориентацию плоского объекта Сначала нам нужно определить два термина — простирание и падение.

Для наклонной плоскости простирание — это компасное направление любого горизонтальная линия на плоскости. Падение — это угол между горизонтальным плоскость и наклонная плоскость, измеренная перпендикулярно направлению strike

При записи измерений простирания и падения на геологической карте символ использованный, имеющий длинную линию, ориентированную параллельно направлению компаса удар.Короткая отметка ставится в центре линии на сторона, на которую наклоняется наклонная плоскость, и фиксируется угол падения рядом с символом удара и падения, как показано выше. Для кроватей с По падению 900 (по вертикали) короткая линия пересекает линию простирания, а для грядок без наклона (по горизонтали) используется круг с крестом внутри, как показано ниже.

Разрушение хрупких пород

  • Неисправности — Неисправности возникают при разрушении хрупких пород и возникновении смещение по трещине.Когда смещение небольшое, смещение можно легко измерить, но иногда смещение бывает настолько большим что трудно измерить. Типы неисправностей Неисправности можно разделить на несколько различных типов. в зависимости от направления относительного смещения. Поскольку неисправности плоские элементы, понятие простирания и падения также применяется, и, таким образом, простирание и падение плоскости разлома можно измерить. Одно подразделение разломы находятся между разломами падения-проскальзывания, где смещение измеряется по направлению падения разлома и сдвиговым разломам, где смещение горизонтальное, параллельное простиранию разлома.
  • разломы падения —
    разломы падения — это разломы, которые имеют наклонную плоскость и вдоль относительное смещение или смещение произошло по падению направление. Обратите внимание, что при рассмотрении смещения любого разлома мы не знаю, какая сторона на самом деле двинулась или двинулись ли обе стороны, все, что мы можно определить относительное чувство движения.
    Для любой наклонной плоскости разлома мы определяем блок над разломом как подвесной стеновой блок и блок под разломом в качестве подножия блокировать.

Нормальные неисправности —

Разломы, возникающие в результате горизонтальных напряжений растяжения в хрупких породах. и где подвесной стеновой блок сместился вниз относительно опорной стенки блок

Хорстс и Габенс —

Из-за напряжения растяжения, вызывающего нормальные неисправности, они часто возникают сериями, при этом соседние разломы падают в противоположные стороны. направления. В этом случае выпавшие блоки образуют грабены, а приподнятые блоки образуют горсты.В областях, где недавно возникло напряжение растяжения. затронули земную кору, грабены могут образовывать рифтовые долины и поднятые горстовые блоки могут образовывать линейные горные хребты. Восточноафриканская рифтовая долина является примером области, где континентальное расширение создало такую трещина. Провинция бассейна и хребта на западе США (Невада, Юта и Айдахо) также является районом, который недавно подвергся расширению земной коры. В впадины и хребта впадины представляют собой вытянутые грабены, которые в настоящее время образуют долины, а хребты — приподнятые горстовые блоки

Half-Grabens —
Нормальный сброс, имеющий изогнутую плоскость разлома с падением, уменьшающимся с увеличением глубина может привести к вращению упавшего блока.В таком случае образуется полуграбен, называемый таковым, потому что он ограничен только одним разлом вместо двух, образующих нормальный грабен.

Обратные неисправности —
— это разломы, возникающие в результате горизонтальных сжимающих напряжений в хрупких скалы, на которых блок подвесной стены сдвинулся вверх относительно опорной стенки блок

Thrust Fault —

является частным случаем взброса, когда падение разлома меньше чем 15o.Тяговые разломы могут иметь значительное смещение, измеряющее сотни километров, и может привести к тому, что более старые слои будут перекрывать более молодые страты.

Неисправности пробуксовки —

— разломы, в которых относительное движение по разлому имело место по горизонтальное направление. Такие разломы возникают из-за сдвиговых напряжений, действующих в корочка. Пробки могут быть двух разновидностей, в зависимости от смысла. перемещения. Наблюдателю, стоящему по одну сторону от разлома, и глядя поперек разлома, если блок с другой стороны переместился в слева, мы говорим, что разлом является левосторонним сдвигом.Если блок с другой стороны переместился вправо, мы говорим, что неисправность правосторонний сдвиг. Знаменитый разлом Сан-Андреас в Калифорния является примером правостороннего сдвига. Смещения по разлому Сан-Андреас оцениваются более чем в 600 км.

Transform-Faults

— это особый класс сдвиговых разломов. Это границы плит по которой две пластины скользят друг мимо друга горизонтально.В наиболее распространенный тип трансформных разломов возникает там, где находятся океанические хребты. компенсировать. Обратите внимание, что ошибка преобразования возникает только между двумя сегментами. гребня. Вне этой области нет относительного движения, потому что блоки движутся в одном направлении. Эти участки называются переломами. зоны. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии также является разломом трансформации.

Свидетельства движения на Неисправности
  • Стороны скольжения — это царапины, которые остаются на плоскости разлома в виде один блок перемещается относительно другого.Slickensides можно использовать для определить направление и смысл движения на разломе.

  • Разлом Брекчии — это раздробленные скалы, состоящие из угловатых обломков. образовавшиеся в результате измельчения и дробильного движения по вина.

Складывание пластичных пород

Когда горные породы деформируются пластично, вместо того, чтобы образовывать трещины. разломы, они могут изгибаться или складываться, а образовавшиеся конструкции называются складки.Складки возникают в результате сжимающих напряжений, действующих на значительные расстояния. время. Поскольку скорость деформации мала, породы, которые мы обычно рассматриваем хрупкий может вести себя пластично, что приводит к образованию таких складок. Мы признать несколько другой виды складок.

Моноклины
самые простые виды складок. Моноклины возникают, когда горизонтальные пласты согнуты вверх так, чтобы обе стороны складки оставались горизонтальными

Anticlines
Антиклинали — это складки, в которых изначально горизонтальные пласты загнуты вверх, и две части складки опускаются в сторону от петли. складки


Синклинали
Синклинали — это складки там, где изначально горизонтальные пласты были загнутый вниз, и две части складки опускаются внутрь к петле складки.Синклинали и антиклинали обычно встречаются вместе, так что край синклинали — это также край антиклинали.


Геометрия складок
Геометрия складок — складки описываются их формой и ориентацией. В стороны складки называются конечностями. Конечности пересекаются в самой плотной части складки, называемой петлей. Линия, соединяющая все точки на петле называется осью складки. На диаграммах выше оси сгиба горизонтально, но если ось сгиба не горизонтальна, сгиб называется глубина складки и угол, который ось складки образует с горизонтальным линия называется врезанием сгиба.Воображаемый самолет, включающий ось складки и максимально симметрично разделяет складку, называется осевая плоскость складки

Обратите внимание, что если погружная складка пересекает горизонтальную поверхность, мы увидим узор складки на поверхности.

Классификация складок Складки могут классифицироваться по внешнему виду.
  • Если две ветви складки отклоняются от оси одинаковым под углом, складка называется симметричной.
  • Если конечности опускаются под разными углами, складки называются асимметричные складки.
  • Если сжимающие напряжения, вызывающие складывание, сильные, складка может закрыться и иметь параллельные друг другу конечности. Такая складка называется изоклинальной складкой (iso означает то же самое, а cline означает угол, поэтому изоклинальный означает, что конечности имеют одинаковый угол. Примечание изоклинальная складка, изображенная на диаграмме ниже, также является симметричной складывать.
  • Если складчатость настолько сильна, что пласты на одном плече складки становится почти перевернутым, складка называется перевернутой.
  • Перевёрнутая складка с почти горизонтальной осевой плоскостью называется лежачей складкой.
  • Сгиб, не имеющий кривизны в шарнире и прямых конечностях. образующие зигзагообразный узор называется шевронным сгибом

The Связь между складыванием и разломом

Поскольку разные породы по-разному ведут себя при напряжении, мы ожидаем, что некоторые породы при воздействии того же напряжения будут разрушаться или треснуты, в то время как другие сбросятся.Когда такие контрастные породы встречаются в одной и той же области, такие как пластичные породы, покрывающие хрупкие породы, хрупкие породы могут иметь трещины и пластичные породы могут изгибаться или складываться над разломом
Кроме того, поскольку даже пластичные породы могут в конечном итоге разрушиться под действием высокого напряжения, горные породы могут складываться до определенной точки, а затем разрушаться с образованием разлома.

Складки и топография

Поскольку разные породы обладают разной устойчивостью к эрозии и атмосферным воздействиям, эрозия складчатых участков может привести к топографии, отражающей складной.Устойчивые пласты образуют гребни, которые имеют ту же форму, что и складки, в то время как менее устойчивые пласты образуют долины.

Горные хребты — результат деформации земной коры

Один из самых впечатляющих результатов деформации, действующей в земной коре. Земли — это образование горных хребтов. Горы происходят от три процесса, два из которых напрямую связаны с деформацией. Таким образом, есть три типа гор:

  • Горы блока разлома — Как следует из названия, горы блока разлома возникают по вине.Как обсуждалось ранее, как нормальный, так и взбросы могут вызывать поднятие блоков коровых пород. В Горы Сьерра-Невада в Калифорнии и горы в бассейне и провинция Рэндж на западе США, образовались в результате разломов процессы и, таким образом, являются горами блока разломов.
  • Fold & Thrust Mountains — могут возникать большие сжимающие напряжения. генерируется в земной коре тектоническими силами, вызывающими континентальные области земной коры столкнуться.Когда это происходит, камни между двумя континентальные блоки складываются и нарушаются при сжатии напряжения и толкаются вверх, образуя складчатые и надвиговые горы. В Гималайские горы (в настоящее время самые высокие на Земле) — это горы этого типа и образовались в результате столкновения Индийской плиты с евразийской плитой. Точно так же Аппалачи на севере В результате таких процессов образовались Америка и европейские Альпы.
  • Вулканические горы — Третий тип гор, вулканические. горы, образованы не деформационными процессами, а излияние магмы на поверхность Земли. Каскад Горы на западе США и, конечно же, горы Гавайские острова и Исландия — вулканические горы

TOP

9: Деформация земной коры и землетрясения

Цели обучения

  • Различие между напряжением и деформацией
  • Определите три основных типа стресса
  • Различия между хрупкой, пластичной и упругой деформацией
  • Опишите обозначение на геологической карте, используемое для простирания и падения пластов
  • Назовите и опишите различные типы складок
  • Выделите три основных типа неисправностей и опишите связанные с ними движения
  • Объясните, как упругий отскок связан с землетрясениями.
  • Опишите различные типы сейсмических волн и способы их измерения
  • Объясните, как люди могут вызывать сейсмичность
  • Опишите, как сейсмографы регистрируют волны землетрясений.
  • По записям сейсмографа найдите эпицентр землетрясения
  • Объясните разницу между магнитудой землетрясения и силой
  • Перечислить факторы землетрясения, определяющие сотрясение и разрушение земли
  • Определить вторичные опасности землетрясений
  • Опишите значительные исторические землетрясения
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Пример нормального разлома в обнажении формации Pennsylvanian Honaker Trail около Моава, штат Юта.

Деформация земной коры происходит, когда приложенные силы превышают внутреннюю прочность горных пород, физически изменяя их форму. Эти силы называются стрессом, а вызываемые ими физические изменения — деформацией. Силы, участвующие в тектонических процессах, а также гравитация и внедрение вулканического плутона, создают деформации в породах, которые включают складки, трещины и разломы. Когда горная порода испытывает большое напряжение сдвига и разрушается с быстрой хрупкой деформацией, выделяется энергия в виде сейсмических волн, широко известных как землетрясение.

  • 9.1: Напряжение и деформация
    Напряжение — это сила, действующая на единицу площади, а деформация — это физическое изменение, которое приводит к этой силе. Когда приложенное напряжение превышает внутреннюю прочность породы, деформация приводит к деформации породы, вызванной напряжением. Деформация в горных породах может быть представлена ​​как изменение объема и / или формы породы, а также как разрушение породы. Существует три типа напряжения: растяжение, сжатие и сдвиг.
  • 9.2: Деформация
    Когда горные породы подвергаются напряжению, возникающая деформация может быть упругой, пластичной или хрупкой. Это изменение обычно называют деформацией. Упругая деформация — это деформация, которая обратима после снятия напряжения. Например, когда вы растягиваете резиновую ленту, она упруго возвращается к своей исходной форме после того, как вы ее отпустите. Тип деформации, которой подвергается горная порода, зависит от порового давления, скорости деформации, прочности породы, температуры, интенсивности напряжений, времени и ограничивающего давления.
  • 9.3: Геологические карты
    Геологические карты — это двухмерные (2D) представления геологических образований и структур на поверхности Земли, включая образования, разломы, складки, наклонные пласты и типы горных пород. Образования — это узнаваемые скальные образования. Геологи используют геологические карты, чтобы показать, где находятся геологические образования, разломы, складки и наклонные скальные образования. Геологические образования — это узнаваемые, картируемые горные образования.
  • 9.4: Складки
    Геологические складки — это слои горных пород, изогнутые или искривленные в результате пластической деформации. Складки чаще всего образуются силами сжатия на глубине, где более высокие температуры и более высокое ограничивающее давление допускают пластическую деформацию. Складки описываются ориентацией их осей, осевых плоскостей и конечностей. Существует много типов складок, включая симметричные складки, асимметричные складки, перевернутые складки, лежачие складки и глубокие складки.
  • 9.5: Разломы
    Разломы — это места в земной коре, где происходит хрупкая деформация при движении двух блоков горных пород относительно друг друга. Нормальные и обратные разломы отображают вертикальное движение, также известное как падение-скольжение. Движение скольжения состоит из относительного движения вверх и вниз по падающему разлому между двумя блоками, висячей стенкой и опорной стенкой. В системе падения-скольжения нижняя стенка находится ниже плоскости разлома, а висячая стена выше плоскости разлома.
  • 9.6: Основы землетрясения
    Землетрясения ощущаются на поверхности Земли, когда энергия высвобождается каменными блоками, скользящими мимо друг друга, т. Е. Произошел разлом. Высвобождаемая таким образом сейсмическая энергия проходит через Землю в форме сейсмических волн. Большинство землетрясений происходит вдоль границ активных плит. Внутриплитные землетрясения (не вдоль границ плит) происходят и до сих пор плохо изучены. Программа USGS Earthquakes Hazards Program имеет карту в реальном времени, показывающую самые последние землетрясения.
  • 9.7: Измерение землетрясений
    Люди ощущают примерно 1 миллион землетрясений в год, обычно когда они находятся близко к источнику, и землетрясение регистрирует как минимум моментную магнитуду 2,5. Сильные землетрясения с моментной магнитудой 7,0 и выше крайне редки. На карте в режиме реального времени Программы геологической службы США (USGS) Earthquakes Hazards Programme показаны местоположение и сила недавних землетрясений по всему миру.
  • 9.8: Риск землетрясения
    Магнитуда землетрясения — это абсолютная величина, которая измеряет чистое выделение энергии. Однако интенсивность, то есть степень сотрясения земли, определяется несколькими факторами. Как правило, чем больше величина, тем сильнее тряска и тем дольше она будет длиться. Ближе к эпицентру сотрясения сильнее. На силу сотрясения влияет расположение наблюдателя относительно эпицентра, направление распространения разрыва и путь наибольшего разрыва.
  • 9.9: Примеры из практики
    В этом разделе содержатся многочисленные тематические исследования крупных землетрясений в Северной Америке, а также исторически важных землетрясений во всем мире.

Миниатюра: Эпицентр землетрясения в Чили 2010 года с обрушившимся зданием в Консепсьоне. (CC-SA-BY; Клаудио Нуньес).

Сводка

Геологическое напряжение, приложенная сила, бывает трех типов: растяжение, сдвиг и сжатие.Деформация вызывается напряжением и вызывает три типа деформации: упругую, пластичную и хрупкую. Геологические карты — это двухмерные изображения поверхностных образований, которые являются поверхностным выражением трехмерных геологических структур в недрах. Символ на карте, называемый простиранием и падением или ориентацией скалы, указывает ориентацию пластов горных пород по отношению к северу-югу и горизонтали. Слои складчатых горных пород классифицируются по ориентации их конечностей, осей складок и осевых плоскостей.Неисправности возникают, когда силы напряжения превышают целостность породы и трение, что приводит к хрупкой деформации и разрушению. Три основных типа разломов описываются движением их блоков разломов: нормальные, сдвиговые и обратные.

Землетрясения или сейсмическая активность вызываются внезапной хрупкой деформацией, сопровождающейся упругим отскоком. Высвобождение энергии из очага землетрясения генерируется в виде сейсмических волн. P- и S-волны проходят через недра Земли. Когда они ударяются о внешнюю кору, они создают поверхностные волны.Деятельность человека, такая как добыча полезных ископаемых и ядерные взрывы, также может вызывать сейсмическую активность. Сейсмографы измеряют энергию, выделяемую землетрясением, с использованием логарифмической шкалы единиц магнитуды; Шкала величин момента заменила исходную шкалу Рихтера. Интенсивность землетрясения — это воспринимаемые последствия сотрясения земли и физического повреждения. Местоположение очагов землетрясений определяется по показаниям триангуляции нескольких сейсмографов.

Лучи землетрясений, проходящие через горные породы в недрах Земли и измеренные сейсмографами всемирной сейсмической сети, позволяют создавать трехмерные изображения погребенных массивов горных пород в виде сейсмических томографов.

Землетрясения связаны с тектоникой плит. Обычно они возникают вокруг активных границ плит, включая зоны субдукции, столкновения, трансформации и расходящиеся границы. Также случаются области внутриплитных землетрясений. Ущерб, причиненный землетрясениями, зависит от ряда факторов, включая величину, местоположение и направление, местные условия, строительные материалы, интенсивность и продолжительность, а также резонанс. Помимо ущерба, непосредственно вызванного сотрясением земли, вторичные опасности землетрясений включают разжижение, цунами, оползни, сейши и перепады высот.

9 Деформация земной коры и землетрясения — Введение в геологию

Пример нормального разлома в обнажении формации Pennsylvanian Honaker Trail около Моава, штат Юта.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

К концу этой главы студенты должны уметь:

    • Различие между напряжением и деформацией
    • Определите три основных типа стресса
    • Различия между хрупкой, пластичной и упругой деформацией
    • Опишите обозначение на геологической карте, используемое для простирания и падения пластов
    • Назовите и опишите различные типы складок
    • Выделите три основных типа неисправностей и опишите связанные с ними движения
    • Объясните, как упругий отскок связан с землетрясениями.
    • Опишите различные типы сейсмических волн и способы их измерения
    • Объясните, как люди могут вызывать сейсмичность
    • Опишите, как сейсмографы регистрируют волны землетрясений.
    • По записям сейсмографа найдите эпицентр землетрясения
    • Объясните разницу между магнитудой землетрясения и силой
    • Перечислить факторы землетрясения, определяющие сотрясение и разрушение земли
    • Определить вторичные опасности землетрясений
    • Опишите значительные исторические землетрясения

Деформация земной коры возникает, когда приложенные силы превышают внутреннюю прочность горных пород, физически изменяя их форму.Эти силы называются стрессом, а вызываемые ими физические изменения — деформацией. Силы, участвующие в тектонических процессах, а также гравитация и внедрение вулканического плутона, создают деформации в породах, которые включают складки, трещины и разломы. Когда горная порода испытывает большое напряжение сдвига и разрушается с быстрой хрупкой деформацией, выделяется энергия в виде сейсмических волн, широко известных как землетрясение.

9.1 Напряжение и деформация Виды стресса. По часовой стрелке сверху слева: напряжение растяжения, напряжение сжатия и напряжение сдвига, а также некоторые примеры результирующей деформации.

Напряжение — это сила, действующая на единицу площади, а деформация. — это физическое изменение, которое приводит к реакции на эту силу. Когда приложенное напряжение превышает внутреннюю прочность породы, деформация приводит к деформации породы, вызванной напряжением. Деформация в горных породах может быть представлена ​​как изменение объема и / или формы породы, а также как разрушение породы. Существует три типа напряжений: при растяжении , при сжатии и при сдвиге .Напряжение растяжения включает силы, тянущие в противоположных направлениях, что приводит к деформации, которая растягивает и утончает породу. Напряжение сжатия включает в себя силы, толкающие друг друга, а деформация сжатия проявляется в виде складчатости и утолщения горных пород. Напряжение сдвига включает в себя поперечные силы; деформация проявляется в виде противостоящих блоков или участков материала, движущихся друг мимо друга.

Таблица с указанием типов напряжения и результирующей деформации:

Тип напряжения Связанная пластина пограничного типа (см. Гл.2) Результирующий штамм Типы связанных неисправностей и смещений
Напряжение расходящиеся Растяжка и истончение Нормальный
сжатие конвергентный Укорачивание и утолщение Реверс
Ножницы преобразовать Разрыв Записка

9.2 Деформация Под воздействием напряжения разные материалы деформируются по-разному. Материал A имеет относительно небольшую деформацию, когда подвергается большим нагрузкам, прежде чем подвергнется пластической деформации и, наконец, хрупкому разрушению. Материал B только упруго деформируется до хрупкого разрушения. Материал C подвергается значительной пластической деформации до окончательного хрупкого разрушения.

Когда горные породы подвергаются напряжению, возникающая деформация может быть упругой, пластичной или хрупкой. Это изменение обычно называется деформация . Упругая деформация — это деформация, которая обратима после снятия напряжения. Например, когда вы растягиваете резиновую ленту, она упруго возвращается к своей исходной форме после того, как вы ее отпустите. Пластичная деформация возникает, когда к материалу прикладывается достаточное напряжение, при котором изменения его формы являются постоянными, и материал больше не может вернуться к своей исходной форме. Например, если вы согнете металлический стержень слишком сильно, он может навсегда потерять форму.Точка, в которой происходит преодоление упругой деформации и деформация становится постоянной, называется пределом текучести . На рисунке предел текучести — это место, где линия переходит от упругой деформации к пластической деформации (конец пунктирной линии). Хрупкая деформация — еще одна критическая точка невозврата, когда нарушается целостность породы и она трескается под возрастающим напряжением.

Тип деформации, которой подвергается горная порода, зависит от порового давления, скорости деформации, прочности породы, температуры, интенсивности напряжений, времени и ограничивающего давления.Поровое давление на породу оказывает флюид в открытых пространствах или порах, погруженных в породу или отложения. Скорость деформации измеряет, насколько быстро материал деформируется. Например, медленное приложение напряжения позволяет легче согнуть кусок дерева, не сломав его. Прочность породы измеряет, насколько легко порода деформируется под действием напряжения. Сланец имеет низкую прочность, а гранит — высокую. Удаление тепла или понижение температуры делает материалы более жесткими и подверженными хрупкой деформации. С другой стороны, нагревательные материалы делают их более пластичными и менее хрупкими.Стекло с подогревом можно гнуть и растягивать.

Таблица, показывающая взаимосвязь между факторами, действующими на горную породу, и результирующими деформациями:

Фактор Отклик на деформацию
Повышение температуры Более пластичный
Увеличение скорости деформации Более хрупкий
Повышение прочности породы Более хрупкий

1/3

1. Какова результирующая деформация при пластической деформации?

Неправильно. Податливая деформация приводит к необратимому изменению формы.

Правильно! Податливая деформация приводит к необратимому изменению формы.

2/3

2. Если «зеленую» палку (только что снятую с дерева) сломать на две части, она сначала подвергнется __________ деформации, а затем __________ деформации.

Неправильно.Вы заметите, что вы можете согнуть зеленую палку, прежде чем сломать ее, и палка может вернуться к своей прежней форме после того, как будет ослаблено давление, если палка не сломана, упруго. Но если он сломается, он станет хрупким.

Правильно! Вы заметите, что вы можете согнуть зеленую палку, прежде чем сломать ее, и палка может вернуться к своей прежней форме после того, как будет ослаблено давление, если палка не сломана, упруго.Но если он сломается, он станет хрупким.

3/3

3. Как скала отреагирует на воздействие высокой температуры и давления?

Неправильно.Породы более пластичны при более высоких температурах. Под воздействием тепла и давления скала, скорее всего, изогнется.

Правильно! Породы более пластичны при более высоких температурах. Под воздействием тепла и давления скала, скорее всего, изогнется.

Ваш результат

Перезапустить викторину

9.3 Геологические карты

Геологические карты — это двухмерные (2D) изображения геологических образований и структур на поверхности Земли, включая образования, разломы, складки, наклонные пласты и типы горных пород. Образования — это узнаваемые скальные образования. Геологи используют геологические карты, чтобы показать, где находятся геологические образования, разломы, складки и наклонные скальные образования. Геологические образования — это узнаваемые, картируемые горные образования. Каждая формация на карте обозначена цветом и меткой.Примеры геологических карт см. В программе просмотра геологических карт Геологической службы штата Юта (UGS) .

Ярлыки формаций включают символы, соответствующие определенному протоколу. Первые одна или несколько букв в верхнем регистре обозначают геологический период образования. Более чем одна заглавная буква указывает на то, что формация связана с несколькими периодами времени. Следующие строчные буквы представляют название формации, сокращенное описание породы или и то, и другое.

9.3.1 Поперечные сечения

Поперечные сечения — это подземные интерпретации, сделанные на основе наземных и подземных измерений. Карты отображают геологию в горизонтальной плоскости, в то время как поперечные сечения показывают геологию недр в вертикальной плоскости. Для получения дополнительной информации о поперечных сечениях посетите вики-страницу AAPG.

9.3.2 Strike and Dip «Удар» и «наклон» — слова, используемые для описания ориентации слоев горных пород по отношению к северу / югу и горизонтали. Символ высоты на геологической карте (с указанием компаса для справки), показывающий простирание N30 o E и падение 45 к ЮВ.

Геологи используют специальный символ, называемый простиранием и падением, для обозначения наклонных пластов. Обозначения карты страйков и наклонов выглядят как заглавная буква T , с коротким стволом и очень широкой линией верха. Короткий ствол представляет собой падение, а верхняя линия представляет собой удар. Падение — это угол, под которым кровать погружается в Землю от горизонтали. Число рядом с символом обозначает угол падения. Один из способов визуализировать удар — это представить себе линию, образованную стоячей водой на наклонном слое.Эта линия горизонтальна и лежит в направлении компаса, имеющем некоторый угол по отношению к истинному северу или югу (см. Рисунок). Угол удара — это угол, который измеряется специальным компасом. Например, N 30 ° E (читать на север 30 градусов восточной долготы) означает, что горизонтальная линия указывает на северо-восток под углом 30 ° от истинного севера. Символ простирания и падения нарисован на карте под углом простирания относительно истинного севера на карте. Наклон наклонного слоя представляет собой угол вниз к слою от горизонтали, на рисунке 45 o SE (читай наклон 45 градусов к SE).Направление падения будет тем направлением, в котором мяч будет катиться, если положить его на слой и отпустить. Горизонтальный пласт имеет наклон 0 °, а вертикальный пласт — 90 °. Удар и падение, рассматриваемые вместе, называются , положение скалы .

На этом видео показаны геологические структуры и соответствующие символы на карте.

9,4 Складки

Модель антиклинали. Самые старые кровати находятся в центре, а самые молодые — снаружи. Осевая плоскость пересекает центральный угол изгиба.Линия шарнира следует по линии наибольшего изгиба, где осевая плоскость пересекает внешнюю часть складки. Геологические складки — это слои горной породы, которые изогнуты или изогнуты в результате пластической деформации. Складки чаще всего образуются силами сжатия на глубине, где более высокие температуры и более высокое ограничивающее давление допускают пластическую деформацию.

Складки описываются ориентацией их осей, осевых плоскостей и конечностей. Плоскость, которая разделяет складку на две половины, известна как осевая плоскость .Ось сгиба — это линия, вдоль которой происходит изгиб, и это место, где осевая плоскость пересекает сложенные пласты. Линия петли следует по линии наибольшего изгиба сгиба. Две стороны сгиба составляют сгиба конечностей .

Симметричные складки имеют вертикальную осевую плоскость, а конечности имеют равные, но противоположные наклоны. Асимметричные складки имеют наклонные, не вертикальные осевые плоскости, в которых конечности опускаются под разными углами. Перевёрнутые складки имеют крутые осевые плоскости, и конечности падают в одном направлении, но обычно под разными углами падения. Лежащие складки имеют горизонтальные или почти горизонтальные осевые плоскости. Когда ось складки погружается в землю, складка называется загибом . Складки подразделяются на пять категорий: антиклиналь, синклиналь, моноклиналь, купол и бассейн.

9.4.1 Антиклиналь Косой вид на Девственную Антиклиналь (нижний правый фото) на север. Антиклиналь с севера углубляется в землю. Единицы от самого молодого до самого старого Jn = юрский песчаник навахо; Jk = юрская формация Кайента; Trc = триасовая чинлевая формация; Trm = Триасовый Моенкопи; Pk = пермская формация кайбаб.

Антиклинали представляют собой дугообразные или А-образные складки, которые имеют выпуклую форму вверх. У них есть изогнутые вниз конечности и ложа, которые опускаются вниз и в сторону от центральной оси складки. В антиклиналях наиболее древние пласты пород находятся в центре складки по оси, а более молодые — снаружи. Поскольку геологические карты показывают пересечение топографии поверхности с нижележащими геологическими структурами, антиклиналь на геологической карте может быть идентифицирована как по положению пластов, образующих складку, так и по более древнему возрасту пород внутри складки.Антиформа имеет ту же форму, что и антиклиналь, но относительный возраст слоев в складке не может быть определен. Геологи-нефтяники интересуются антиклиналями, потому что они могут образовывать нефтяные ловушки, где нефть мигрирует вверх по краям складки и накапливается в верхней точке вдоль оси складки.

9.4.2 Syncline

Синклинали представляют собой желобообразные или U-образные складки, вогнутые вверх по форме. У них есть кровати, которые наклоняются вниз и внутрь к центральной оси складки.В синклиналях более старая порода находится снаружи складки, а самая молодая порода — внутри оси складки. Синформа имеет форму синклинали, но, как и антиформа, не имеет различимых возрастных зон.

9.4.3 Моноклайн Косой аэрофотоснимок водного кармана национального парка Кэпитол-Риф. Перспектива смотрит на юго-запад в сторону горы 50 миль и горы навахо.

Моноклины представляют собой ступенчатые складки, в которых плоские камни выгибаются вверх или вниз, а затем продолжаются плоскими.Моноклины относительно обычны на плато Колорадо, где они образуют «рифы», которые представляют собой хребты, которые действуют как топографические барьеры, и их не следует путать с океанскими рифами (см. Главу 5). Capitol Reef — пример моноклинали в Юте. Моноклины могут быть вызваны изгибом более мелких осадочных толщ, когда под ними растут разломы. Эти разломы обычно называют «слепыми разломами», потому что они заканчиваются, не достигнув поверхности, и могут быть как нормальными, так и обратными.

9.4.4 Купол Вид на Свелл Сан-Рафаэль из космоса. На этой фотографии север слева. Вокруг погружающихся пластов скалы будут линии тени. Обратите внимание, что центральная часть купола размыта.

Купол — это симметричный или полусимметричный выступ скальных пластов. Купола имеют форму перевернутой чаши, похожей на архитектурный купол здания. Примеры куполов в Юте включают Свелл Сан-Рафаэль, Гаррисберг-Джанкшен-Доум и горы Генри. Купола образуются из-за сил сжатия, лежащих в основе вулканических вторжений (см. Главу 4), соляных диапиров или даже ударов, таких как купол смещения в Национальном парке Каньонлендс.

9.4.5 Бассейн

Бассейн Денвера — активный осадочный бассейн в восточной части Скалистых гор. По мере накопления осадка бассейн опускается, создавая форму бассейна из слоев, которые все опускаются к центру бассейна. Бассейн является обратной стороной купола, углублением в форме чаши в скальном дне. Бассейн Уинта в штате Юта является примером бассейна. Некоторые структурные бассейны также являются осадочными бассейнами, которые со временем собирают большое количество наносов.Осадочные бассейны могут образовываться в результате складчатости, но гораздо чаще образуются в горообразовании, образующемся между горными блоками или посредством разломов. Независимо от причины, по мере того, как бассейн опускается или опускается, он может накапливать больше наносов, потому что их вес вызывает большее оседание в петле положительной обратной связи. Во всем мире есть действующие осадочные бассейны. Примером быстро опускающегося бассейна в штате Юта является бассейн Окирр, датируемый пенсильванско-пермским периодом, в котором накоплено более 9144 м (30 000 футов) ископаемых песчаников, сланцев и известняков.Эти пласты можно увидеть в горах Уосатч вдоль восточной стороны долины Юты, особенно на горе Тимпаногос и в каньоне Прово.

9,5 Неисправности

Общие термины, используемые для обозначения обычных неисправностей. Нормальные разломы образуются, когда подвесная стена опускается относительно опорной стены.

Разломы — это места в земной коре, где происходит хрупкая деформация при движении двух блоков горных пород относительно друг друга. Нормальные и обратные разломы отображают вертикальное движение, также известное как падение-скольжение. Движение скольжения состоит из относительного движения вверх и вниз по падающему разлому между двумя блоками, висячей стенкой и опорной стенкой.В системе падения-скольжения нижняя стенка находится ниже плоскости разлома, а висячая стена выше плоскости разлома. Хороший способ запомнить это — представить туннель шахты, идущий вдоль разлома; висящая стена будет там, где шахтер повесит фонарь, а подножка будет у ног шахтера.

Термин «разлом» относится к разрыву горных пород. Такие разрывы происходят на границах пластин, но также могут возникать внутри пластин. Разломы скользят по плоскости разлома. Отступ разлома — это смещение поверхности, образовавшейся в месте прорыва разлома через поверхность.Поверхности скольжения — это полированные, часто рифленые поверхности вдоль плоскости разлома, создаваемые трением во время движения.

Соединение или трещина — это плоскость хрупкой деформации в горной породе, созданная движением, которое не смещается или не срезается. Соединения могут возникать в результате многих процессов, таких как охлаждение, сброс давления или складывание. Совместные системы могут быть региональными, охватывая много квадратных миль.

9.5.1 Обычные неисправности

Нормальные разломы перемещаются вертикальным движением, при котором висячая стенка движется вниз относительно подошвы вдоль падения разлома.Нормальные разломы создаются силами растяжения в коре. Нормальные разломы и силы растяжения обычно возникают на границах расходящихся плит, где кора растягивается напряжениями растяжения (см. Главу 2). Примерами нормальных разломов в штате Юта являются разлом Уосатч, разлом урагана и другие разломы, ограничивающие долины в провинции Бассейн и Диапазон.

Пример нормального разлома в обнажении формации Pennsylvanian Honaker Trail около Моава, штат Юта.

[/ one_half]

Разломы, возникающие в коре под действием напряжения растяжения.

Грабены, горсты и полуграбены — это блоки коры или породы, ограниченные нормальными разломами (см. Главу 2). Грабены опускаются относительно соседних блоков и создают впадины. Горсты поднимаются вверх по сравнению с соседними упавшими блоками и становятся областями с более высоким рельефом. Там, где они встречаются вместе, горсты и грабены создают симметричный узор из долин, окруженных с обеих сторон нормальными разломами и горами. Полуграбены — это односторонняя версия горста и грабена, где блоки наклонены нормальным сбросом с одной стороны, создавая асимметричное расположение долина-гора.Горные долины провинции Бассейн и Диапазон Западной Юты и Невады состоят из ряда полных и полуграбенов от Долины Соленого озера до гор Сьерра-Невада.

Нормальные разломы не уходят в мантию. В провинции бассейнов и хребтов падение нормального разлома имеет тенденцию к уменьшению с глубиной, то есть угол разлома становится меньше и более горизонтальным по мере того, как он углубляется. Такое уменьшение падения происходит, когда происходит большое растяжение вдоль очень малоугловых нормальных разломов, известных как разломов отрыва .Нормальные разломы бассейна и хребта, вызванные растяжением земной коры, по-видимому, становятся разломами отрыва на больших глубинах.

9.5.2 Обратные неисправности

Упрощенная блок-схема обратного разлома.

При обратных разломах силы сжатия заставляют подвесную стену перемещаться вверх относительно опорной стенки. Надвиг — это взброс, при котором плоскость разлома имеет низкий угол падения менее 45 °. Надвиговые разломы переносят более старые породы поверх более молодых и могут даже вызывать повторение единичных пород в стратиграфической записи.

Конвергентные границы плит с зонами субдукции создают особый тип «обратного» разлома, называемого мегапорковым разломом, где более плотная океаническая кора опускается под менее плотную перекрывающую кору. Мегатрастные разломы вызывают землетрясения с самой большой магнитудой из когда-либо измеренных и обычно вызывают массивные разрушения и цунами.

Терминология надвигов (малоугловых взбросов). Клиппе — это остаток висящей стены (также известный как покров), где окружающий материал был размыт.Окно — это место, где часть подвесной стены была размыта, чтобы обнажить подошву (автохтон). Обратите внимание, что символ показывает флажки на вышележащей упорной пластине.

Ketobe Knob в свелле Сан-Рафаэль в штате Юта демонстрирует пример разлома.

9.5.3 Пробуксовка

Сдвиговые разломы имеют поперечное движение. Сдвиговые разломы чаще всего связаны с границами трансформных плит и преобладают в зонах трансформных трещин вдоль срединно-океанических хребтов. При чистом сдвиговом движении блоки разломов по обе стороны от разлома не перемещаются вверх или вниз относительно друг друга, а перемещаются вбок, из стороны в сторону.Направление сдвигового движения определяет наблюдатель, стоящий на блоке с одной стороны разлома. Если блок на противоположной стороне разлома перемещается влево относительно блока наблюдателя, это называется левосторонним движением. Если противостоящий блок движется вправо, это движение вправо.

Видео, показывающее движение в сдвиге.

Изгибы по сдвиговым разломам создают области сжатия или растяжения между скользящими блоками (см. Главу 2). Напряжения растяжения создают переходные структуры с нормальными разломами и бассейнами, такими как море Солтона в Калифорнии.Напряжения сжатия создают транспрессионные особенности с взбросами и вызывают мелкомасштабное горообразование, такое как горы Сан-Габриэль в Калифорнии. Разломы, выходящие за пределы функций транспрессии или растяжения, известны как цветочные структуры.

Цветочные структуры, образованные сдвиговыми разломами. В зависимости от относительного движения по отношению к изгибу разлома цветочные структуры могут образовывать бассейны или горы. Примером правого, правостороннего сдвигового разлома является разлом Сан-Андреас, который обозначает трансформную границу между Североамериканской и Тихоокеанской плитами.Примером левостороннего сдвигового разлома является разлом Мертвого моря в Иордании и Израиле.

Видео, показывающее, как классифицируются неисправности.

9.6 Основы землетрясения

Землетрясения ощущаются на поверхности Земли, когда энергия выделяется блоками горной породы, скользящими друг мимо друга, т.е. произошел разлом. Высвобождаемая таким образом сейсмическая энергия проходит через Землю в форме сейсмических волн. Большинство землетрясений происходит вдоль границ активных плит.Внутриплитные землетрясения (не вдоль границ плит) происходят и до сих пор плохо изучены. Программа USGS Earthquakes Hazards Program имеет карту в реальном времени, показывающую самые последние землетрясения.

9.6.1 Как происходят землетрясения Процесс упругого отскока: а) недеформированное состояние, б) накопление упругой деформации и в) хрупкое разрушение и снятие упругой деформации.

Высвобождение сейсмической энергии объясняется теорией упругого отскока. Когда порода деформируется до такой степени, что она подвергается хрупкой деформации, место, где происходит начальный сдвигающий разрыв между блоками разломов, называется фокусом.Это смещение распространяется вдоль разлома, который известен как плоскость разлома.

Блоки разломов устойчивых разломов, таких как разлом Уосатч (Юта), которые показывают повторяющиеся движения, сцепляются друг с другом за счет трения. За сотни и тысячи лет вдоль разлома нарастает напряжение, пока оно не преодолеет сопротивление трения, разрывая породу и инициируя движение разлома. Деформированные неразрушенные породы возвращаются к своей первоначальной форме в процессе, называемом упругим отскоком . Подумайте о том, чтобы согнуть палку, пока она не сломается; сохраненная энергия высвобождается, и осколки возвращаются к своей первоначальной ориентации.

Изгиб, пластическая деформация горных пород вблизи разлома, отражает нарастание напряжения. В районах, подверженных землетрясениям, таких как Калифорния, тензодатчики используются для измерения этого изгиба и помогают сейсмологам, ученым, изучающим землетрясения, лучше понять их предсказание. В местах, где разлом не заблокирован, сейсмическое напряжение вызывает непрерывное постепенное смещение между блоками разлома, называемое ползучестью разлома. Ползучесть разлома происходит вдоль некоторых частей разлома Сан-Андреас (Калифорния).

После первоначального землетрясения постоянное приложение напряжения в коре вызывает возобновление накопления упругой энергии во время периода бездействия вдоль разлома. Накапливающаяся упругая деформация может периодически сбрасываться, чтобы вызвать небольшие землетрясения на или около основного разлома, называемые форшоками. Форшок может произойти за несколько часов или дней до сильного землетрясения, а может и не произойти вовсе. Основной выброс энергии во время сильного землетрясения известен как главный удар. Афтершоки могут следовать за главным толчком для корректировки новой деформации, возникающей во время движения разлома, и обычно со временем уменьшаются.

9.6.2 Фокус и эпицентр

Гипоцентр — это точка вдоль плоскости разлома в геологической среде, из которой исходит сейсмическая энергия. Эпицентр — это точка на поверхности земли вертикально над гипоцентром. Очаг землетрясения, также называемый гипоцентром , является начальной точкой разрыва, и смещение породы перемещается от гипоцентра по поверхности разлома. Фокус землетрясения или гипоцентр — это точка вдоль плоскости разлома, от которой исходные сейсмические волны распространяются наружу и всегда находится на некоторой глубине ниже поверхности земли.Из фокуса смещение породы распространяется вверх, вниз и в поперечном направлении вдоль плоскости разлома, вызывая ударные волны, называемые сейсмическими волнами. Чем больше смещение между противостоящими блоками разломов и чем дальше смещение распространяется по поверхности разлома, тем больше выделяется сейсмической энергии и тем больше возникает величина и время сотрясения. Эпицентр — это место на поверхности Земли вертикально над фокусом. Это место, о котором сообщается в большинстве выпусков новостей, потому что это центр области, где пострадали люди.

9.6.3 Сейсмические волны

Чтобы понять землетрясения и то, как энергия землетрясений перемещается по Земле, рассмотрим основные свойства волн. Волны описывают, как энергия движется через среду, такую ​​как скала или рыхлые отложения в случае землетрясений. Амплитуда волны указывает величину или высоту землетрясения. Длина волны — это расстояние между двумя последовательными пиками волны. Частота волны — это количество повторений движения за период времени, циклов в единицу времени.Период, который представляет собой количество времени, за которое волна проходит одну длину волны, является обратной величиной частоты. Когда несколько волн объединяются, они могут мешать друг другу (см. Рисунок). Когда волны объединяются синхронно, они создают конструктивную интерференцию, когда влияние одной волны дополняет и усиливает другую. Если волны не синхронизированы, они создают деструктивную интерференцию, которая уменьшает амплитуды обеих волн. Если две комбинированные волны имеют одинаковую амплитуду и частоту, но не синхронизированы на половину длины волны, результирующая деструктивная интерференция может устранить каждую волну.Эти процессы амплитуды, частоты, периода волн, а также конструктивной и деструктивной интерференции определяют величину и интенсивность землетрясений.

Пример конструктивного и деструктивного вмешательства; обратите внимание на красную линию, представляющую результаты вмешательства.

Сейсмические волны — это физическое выражение энергии, высвобождаемой упругим отскоком породы внутри смещенных блоков разломов, и они ощущаются как землетрясение. Сейсмические волны возникают в виде объемных и поверхностных волн. Объемные волны проходят под землей через внутреннее тело Земли и являются первыми сейсмическими волнами, выходящими из очага.Объемные волны включают первичные (P) и вторичные (S) волны. Р-волны — это самые быстрые объемные волны, которые движутся сквозь породу посредством сжатия, очень похоже на то, как звуковые волны движутся в воздухе. Частицы горных пород перемещаются вперед и назад во время прохождения P-волн, что позволяет им перемещаться через твердые тела, жидкости, плазму и газы. S-волны распространяются медленнее, следуя за P-волнами, и распространяются как поперечные волны, которые перемещают частицы породы из стороны в сторону. Поскольку они ограничены боковым перемещением, S-волны могут проходить только через твердые тела, но не через жидкости, плазму или газы.

P-волны имеют компрессионный характер.

S-волны — это сдвиговые волны. Во время землетрясения объемные волны проходят через Землю и в мантию в виде субсферического волнового фронта. Рассматривая точку на фронте волны, путь, по которому следует определенная точка на фронте распространяющейся волны, называется сейсмическим лучом, и сейсмический луч достигает определенного сейсмографа, расположенного на одной из тысяч станций сейсмического мониторинга, разбросанных по Земле. Плотность увеличивается с глубиной в Земле, и, поскольку скорость сейсмических волн увеличивается с плотностью, процесс, называемый преломлением , заставляет лучи землетрясения отклоняться от вертикали и отклоняться назад к поверхности, проходя по пути через различные массивы горных пород.

Поверхностные волны образуются, когда объемные волны из очага ударяются о поверхность Земли. Поверхностные волны распространяются по поверхности Земли, исходя из эпицентра. Поверхностные волны принимают форму катящихся волн, называемых волнами Рэли, и волн из стороны в сторону, называемых волнами любви (см. Видео с анимацией распространения волн). Поверхностные волны возникают в основном из-за того, что более энергичные S-волны ударяют по поверхности снизу с некоторой энергией поверхностных волн, вносимой P-волнами (видео любезно предоставлено блогом.Wolfram.com). Поверхностные волны распространяются медленнее, чем объемные волны, и из-за их сложного горизонтального и вертикального движения поверхностные волны несут ответственность за большую часть ущерба, причиненного землетрясением. Волны любви вызывают преимущественно горизонтальное сотрясение земли и, по иронии судьбы, являются самыми разрушительными. Волны Рэлея создают эллиптическое движение с продольным расширением и сжатием, как океанские волны. Однако волны Рэли заставляют частицы горных пород двигаться в направлении, противоположном направлению частиц воды в океанских волнах.

Земля описывается как звон колокола после землетрясения, внутри которого отражается энергия землетрясения. Как и другие волны, сейсмические волны преломляются (изгибаются) и отражаются (отражаются) при прохождении через породы различной плотности. S-волны, которые не могут проходить через жидкость, блокируются жидким внешним ядром Земли, создавая теневую зону S-волн на стороне планеты, противоположной очагу землетрясения. P-волны, с другой стороны, проходят через ядро, но преломляются в ядро ​​из-за разности плотностей на границе ядро-мантия.Это дает эффект создания конусообразной зоны тени P-волны на частях Земли по другую сторону от фокуса.

Землетрясение в Тохоку 2011 г., Маг. 9.0. Объемные и поверхностные волны из сейсмической лаборатории на Vimeo.

9.6.4 Наведенная сейсмичность

Частота землетрясений в центральной части США. Обратите внимание на резкое увеличение количества землетрясений с 2010 по 2015 год.

Землетрясений, известных как индуцированная сейсмичность, происходят вблизи мест добычи природного газа из-за деятельности человека.Закачка отработанных жидкостей в землю, обычно являющаяся побочным продуктом процесса добычи природного газа, известного как гидроразрыв , может увеличить внешнее давление, которое оказывает жидкость в порах породы, известное как поровое давление. Увеличение порового давления уменьшает силы трения, которые не позволяют горным породам скользить друг относительно друга, по существу смазывая плоскости разломов. Этот эффект вызывает землетрясения вблизи мест нагнетания в результате антропогенной деятельности, известной как индуцированная сейсмичность .Значительное увеличение активности бурения в центральной части Соединенных Штатов вызвало потребность в утилизации значительных количеств отработанного бурового раствора, что привело к заметному изменению совокупного числа землетрясений, произошедших в регионе.

9.7 Измерение землетрясений

9.7.1 Сейсмографы Анимация горизонтального сейсмографа.

Люди ощущают примерно 1 миллион землетрясений в год, обычно когда они находятся близко к источнику, и землетрясение регистрирует по крайней мере моментную магнитуду 2.5. Сильные землетрясения с моментной магнитудой 7,0 и выше крайне редки. На карте в режиме реального времени Программы геологической службы США (USGS) Earthquakes Hazards Programme показаны местоположение и сила недавних землетрясений по всему миру.

Для точного изучения сейсмических волн геологи используют сейсмографы , которые могут измерять даже малейшие колебания грунта. На сейсмограммах начала 20-х годов -х годов -х гг. Используется утяжеленная ручка (маятник), подвешенная на длинной пружине над записывающим устройством, прочно прикрепленным к земле.Записывающее устройство представляет собой вращающийся барабан, закрепленный на сплошной полосе бумаги. Во время землетрясения подвешенная ручка остается неподвижной и фиксирует движение земли на бумажной полоске. Полученный график сейсмограммы. В цифровых версиях вместо механических ручек, пружин, барабанов и бумаги используются магниты, проволочные катушки, электрические датчики и цифровые сигналы. Группа сейсмографов представляет собой несколько сейсмографов, сконфигурированных для измерения вибраций в трех направлениях: север-юг (ось x), восток-запад (ось y) и вверх-вниз (ось z).

Анимация того, как обычный вертикальный сейсмограф регистрирует сейсмические волны. Сейсмограмма, показывающая приход P, S и поверхностных волн

Чтобы точно определить местоположение эпицентра землетрясения, сейсмологи используют разницу во времени прибытия P, S и поверхности волны. После землетрясения сначала на сейсмограмме появятся P-волны, затем S-волны и, наконец, поверхностные волны с наибольшей амплитудой. Важно отметить, что поверхностные волны быстро теряют энергию, поэтому их невозможно измерить на больших расстояниях от эпицентра.Эти временные различия определяют расстояние, но не направление эпицентра. Используя время прихода волн, записанное на сейсмографах на нескольких станциях, сейсмологи могут применять триангуляцию для определения местоположения эпицентра землетрясения. Для триангуляции необходимо не менее трех сейсмографических станций. Расстояние от каждой станции до эпицентра отображается как радиус круга. Эпицентр обозначен на пересечении кругов. Этот метод также работает в 3D с использованием многоосевых сейсмографов и радиусов сфер для расчета глубины очага под землей.

На этом видео показан метод триангуляции для определения эпицентра землетрясения.

9.7.2 Сеть сейсмографов Глобальная сеть сейсмических станций. Обратите внимание, что на этой карте показаны не все сейсмические станции мира, а только одна из сетей станций, которые ученые используют для измерения сейсмической активности.

Международный регистр сейсмографических станций насчитывает более 20 000 сейсмографов на планете. Сравнивая данные нескольких сейсмографов, ученые могут составить карту свойств внутренней части Земли, обнаруживать детонации больших взрывных устройств и предсказывать цунами.Глобальная сейсмическая сеть, всемирный набор связанных сейсмографов, которые в электронном виде распространяют данные в реальном времени, включает более 150 станций, которые соответствуют определенным стандартам проектирования и точности. USArray — это сеть из сотен стационарных и переносных сейсмографов в Соединенных Штатах, которые используются для картирования подземной активности землетрясений (см. Видео).

Помимо мониторинга землетрясений и связанных с ними опасностей, Глобальная сеть сейсмографов помогает обнаруживать испытания ядерного оружия, которые контролируются Организацией Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний.Совсем недавно сейсмографы использовались для определения испытаний ядерного оружия Северной Кореей.


Землетрясение в Непале M7.9 Визуализация движения грунта

9.7.3 Сейсмическая томография

Очень похоже на то, что сканирование КТ (компьютерной томографии) использует рентгеновские лучи под разными углами для изображения внутренней части тела, сейсмическая томография использует сейсмические лучи от тысяч землетрясений, которые происходят каждый год, проходя под всеми углами через массы горных пород. , для создания изображений внутренних структур Земли.

Скорость сейсмических волн с глубиной в земле по прогнозам PREM. Две тысячи километров — это 1240 миль. Используя предположение, что Земля состоит из однородных слоев, геологи разработали модель ожидаемых свойств земных материалов на каждой глубине в пределах земли, названную PREM (Предварительная эталонная модель Земли). Эти свойства включают скорость передачи сейсмических волн, которая зависит от плотности и упругости породы. В мантии перепады температур влияют на плотность горных пород.Более холодные породы имеют более высокую плотность и поэтому быстрее передают сейсмические волны. Более теплые породы имеют меньшую плотность и медленнее передают волны землетрясений. Когда времена прихода сейсмических лучей на отдельные сейсмические станции сравниваются с временами прихода, предсказанными PREM, различия называются сейсмическими аномалиями и могут быть измерены для массивов горных пород в пределах земли по сейсмическим лучам, проходящим через них на станциях сейсмической сети. . Поскольку сейсмические лучи распространяются под всеми углами от множества землетрясений и достигают множества станций сейсмической сети, как, например, компьютерная томография тела, вариации свойств горных пород позволяют строить трехмерные изображения горных тел, через которые проходят лучи прошли.Таким образом, сейсмологи могут создавать трехмерные изображения недр Земли.

Например, сейсмологи нанесли на карту плиту Фараллон, тектоническую плиту, которая погрузилась под Северную Америку в течение последних нескольких миллионов лет, и магматический очаг Йеллоустоуна, который является продуктом горячей точки Йеллоустоуна под североамериканским континентом. Считается, что особенности субдукции Фараллонской плиты ответственны за многие особенности западной части Северной Америки, включая Скалистые горы (см. Главу 8).

Сейсмический томограф, показывающий магматический очаг под Йеллоустонским национальным парком. Томографическое изображение плиты Фараллон в мантии под Северной Америкой.

9.7.4 Магнитуда и интенсивность землетрясения
9.7.4.1 ШКАЛА РИХТЕРА

Магнитуда — это мера энергии, выделяемой землетрясением. Шкала Рихтера (M L ), первая и наиболее известная шкала звездных величин, была разработана Чарльзом Ф. Рихтером (1900–1985) в Калифорнийском технологическом институте.Эта шкала магнитуд исторически использовалась ранними сейсмологами. Используемая ранними сейсмологами величина по Рихтеру (M L ) определяется по максимальной амплитуде, нанесенной пером на записи сейсмограммы. Поправки на расстояние эпицентра от сейсмографа производятся с использованием разностей времени прихода S- и P-волн.

Шкала Рихтера является логарифмической, основанной на степени 10. Это означает, что увеличение на одну единицу Рихтера представляет 10-кратное увеличение амплитуды сейсмических волн или, другими словами, землетрясение магнитудой 6 сотрясает землю в 10 раз сильнее, чем магнитудой. 5.Однако фактическое выделение энергии , для каждой единицы магнитуды в 32 раза больше, что означает, что землетрясение магнитудой 6 высвобождает в 32 раза больше энергии, чем землетрясение магнитудой 5.

Шкала Рихтера была разработана для землетрясений в Южной Калифорнии с использованием местных сейсмографов. Он имеет ограниченное применение при больших расстояниях и очень сильных землетрясениях. Поэтому большинство агентств больше не используют шкалу Рихтера. Моментальная магнитуда (M W ), которая измеряется с помощью сейсмических массивов и генерирует значения, сопоставимые со шкалой Рихтера, более точна для измерения землетрясений по всей Земле, включая сильные землетрясения, хотя для их расчета требуется больше времени.Средства массовой информации часто сообщают о магнитуде Рихтера сразу после землетрясения, хотя в научных расчетах теперь используются моментные магнитуды.

9.7.4.2 МАСШТАБ МАГНИТНОСТИ МОМЕНТА

Шкала магнитуды момента отображает абсолютную величину землетрясений, сравнивая информацию из нескольких мест и используя измерение фактической высвобождаемой энергии, рассчитанной на основе площади поперечного сечения разрыва, величины проскальзывания и жесткости горных пород.Поскольку каждое землетрясение происходит в уникальной геологической обстановке, а площадь разрыва часто трудно измерить, для расчета оценки моментной магнитуды могут потребоваться дни или даже месяцы.

Как и шкала Рихтера, шкала моментной величины является логарифмической. Значения магнитуд двух шкал примерно равны, за исключением очень сильных землетрясений. Обе шкалы используются для определения магнитуды землетрясения. Шкала Рихтера обеспечивает быструю оценку магнитуды сразу после землетрясения и, таким образом, обычно сообщается в новостях.Расчеты моментной величины занимают гораздо больше времени, но они более точны и, следовательно, более полезны для научного анализа.

9.7.4.3 Модифицированная шкала интенсивности Меркалли

Модифицированная шкала интенсивности Меркалли (MMI) — это качественная оценка интенсивности сотрясений земли, основанная на наблюдаемых структурных повреждениях и восприятии людей. Эта шкала использует рейтинг I (римская цифра один) для самой низкой интенсивности и X (десять) для самой высокой (см. Таблицу) и может варьироваться в зависимости от местоположения эпицентра и плотности населения, например, в городских или сельских условиях.Исторически сложилось так, что ученые использовали шкалу MMI для классификации землетрясений до того, как они разработали количественные измерения магнитуды. На картах интенсивности показаны места наиболее серьезных повреждений на основе опросных листов, местных новостных статей и отчетов об оценке на местах.

Интенсивность тряска Описание / повреждения
I Не войлок Не ощущается, за исключением очень немногих при особенно благоприятных условиях.
II Слабая Ощущается лишь несколькими людьми в состоянии покоя, особенно на верхних этажах зданий.
III Слабая Заметно ощущается людьми в помещениях, особенно на верхних этажах зданий.
Многие люди не воспринимают это как землетрясение. Стоящие автомобили могут слегка покачиваться. Вибрации, похожие на проезжающий грузовик. Предполагаемая продолжительность.
IV Свет Ощущается в помещении многими людьми, немногими на улице днем.Ночью некоторые проснулись.
Посуда, окна, двери потревожены; стены издают треск. Ощущение, будто тяжелый грузовик врезается в здание. Стоящие автомобили заметно раскачивались.
В Умеренный Ощущается почти всеми; многие проснулись. Некоторая посуда, окна разбиты. Неустойчивые объекты переворачиваются. Часы с маятником могут остановиться.
VI Сильный Ощущается всеми, многие напуганы. Передвинулась тяжелая мебель; несколько экземпляров упавшей штукатурки.Ущерб незначительный.
VII Очень сильный Незначительный ущерб в зданиях хорошего проекта и постройки; от слабого до умеренного в хорошо построенных обычных структурах; значительный ущерб в плохо построенных или плохо спроектированных конструкциях; некоторые дымоходы сломаны.
VIII Тяжелая Незначительные повреждения в специально спроектированных конструкциях; значительный ущерб в обычных капитальных зданиях с частичным обрушением. Ущерб большой в плохо построенных конструкциях.Падение дымоходов, заводских штабелей, колонн, памятников, стен. Тяжелая мебель перевернулась.
IX Насилие Значительный ущерб в специально спроектированных конструкциях; грамотно спроектированные каркасные конструкции выкинуты из отвеса. Ущерб значительных зданий с частичным обрушением. Здания сдвинуты с фундамента.
X Экстрим Разрушены несколько хороших деревянных построек; большая часть каменных и каркасных конструкций разрушена с фундаментом.Рельсы гнутые.

Таблица. Сокращенная шкала Меркалли из публикации USGS General Interest 1989-288-913.

9.7.4.4 Карты встряхивания Пример карты встряхивания.

Карты сотрясений, составленные Геологической службой США ShakeMaps, используют высококачественные компьютерно-интерполированные данные из сетей сейсмографов, чтобы показать области интенсивных сотрясений. Карты встряхивания полезны в критические минуты после землетрясения, поскольку они показывают персоналу службы спасения, где вероятнее всего произошли наибольшие повреждения, и помогают им определить местонахождение возможно поврежденных газопроводов и других инженерных сетей.

1/3

1. Увеличение на единицу по шкале Рихтера эквивалентно увеличению фактического выброса ЭНЕРГИИ на ________?

Неправильно.Увеличение на 1 по шкале Рихтера увеличивает выделенную ЭНЕРГИЮ в 32 раза! Показанная на сейсмограмме амплитуда сотрясения земной поверхности увеличивается на 10.

Правильно! Увеличение на 1 по шкале Рихтера увеличивает выделяемую ЭНЕРГИЮ в 32 раза! Показанная на сейсмограмме амплитуда сотрясения земной поверхности увеличивается на 10.

2/3

2. Как определить место землетрясения?

Неправильно. Мы используем триангуляцию с тремя сейсмическими станциями для определения места землетрясения. Мы знаем, как быстро распространяются сейсмические волны, и знаем, когда они появляются на сейсмограмме, поэтому мы можем использовать эту информацию, чтобы определить, как далеко землетрясение находится от каждой станции.Если мы нарисуем круг с радиусом этого расстояния вокруг каждой станции, то землетрясение будет там, где пересекаются все три круга.

Правильно! Мы используем триангуляцию с тремя сейсмическими станциями для определения места землетрясения. Мы знаем, как быстро распространяются сейсмические волны, и знаем, когда они появляются на сейсмограмме, поэтому мы можем использовать эту информацию, чтобы определить, как далеко землетрясение находится от каждой станции.Если мы нарисуем круг с радиусом этого расстояния вокруг каждой станции, то землетрясение будет там, где пересекаются все три круга.

3/3

3. Какая из этих шкал является качественной мерой сейсмической встряски?

Неправильно.Шкала Меркалли является качественной, основанной на человеческом опыте землетрясения, а шкалы Рихтера и Моментальной магнитуды являются количественными.

Правильно! Шкала Меркалли является качественной, основанной на человеческом опыте землетрясения, а шкалы Рихтера и Моментальной магнитуды являются количественными.

Ваш результат

Перезапустить викторину

9.8 Риск землетрясения

9.8.1 Факторы, определяющие встряхивание

Магнитуда землетрясения — это абсолютная величина, измеряющая выделение чистой энергии. Однако интенсивность, то есть степень сотрясения земли, определяется несколькими факторами.

Землетрясение Магнитуда В целом, чем больше величина, тем сильнее сотрясение и тем дольше будет продолжаться сотрясение.

Эта таблица взята из Геологической службы США и показывает шкалу величины и интенсивности Меркалли, а также описания сотрясений и возникающих в результате повреждений.

Величина Модифицированная интенсивность Меркалли Описание сотрясения / повреждения
1,0 — 3,0 Я Только очень немногие ощущают.
3,0 — 3,9 II — III Заметен в помещении, особенно на верхних этажах.
4,0 — 4,9 IV — V Больше всех это чувствую.Посуда, двери, машины трясутся и, возможно, разбиваются.
5,0 — 5,9 VI — VII Все это чувствуют. Некоторые предметы опрокинулись или сломались. Возможно повреждение здания.
6,0 — 6,9 VII — IX Пугающее количество тряски. Значительный ущерб, особенно плохо построенные здания
≥ 7,0 ≥ VIII Значительное разрушение построек.Возможность подбрасывания предметов в воздух от тряски.

Местоположение и направление— Сотрясение сильнее ближе к эпицентру. На силу сотрясения влияет расположение наблюдателя относительно эпицентра, направление распространения разрыва и путь наибольшего разрыва.

Местные геологические условия На сейсмические волны влияет природа грунтовых материалов, через которые они проходят.Разные материалы по-разному реагируют на землетрясение. Подумайте о встряхивании блока желе и мясного рулета: при ударе волн той же амплитуды вы будете покачиваться гораздо сильнее. Реакция грунта на сотрясение зависит от степени уплотнения основания. Твердая осадочная, магматическая или метаморфическая коренная порода трясется меньше, чем рыхлые отложения.

В этом видео показано, как разные субстраты ведут себя в ответ на разные сейсмические волны, и их потенциал к разрушению.

Сейсмические волны движутся быстрее всего через сплошные породы, медленнее через рыхлые отложения и медленнее через рыхлые отложения с высоким содержанием воды.Сейсмическая энергия передается через скорость и амплитуду волны. Когда сейсмические волны замедляются, энергия передается амплитуде, увеличивая движение поверхностных волн, что, в свою очередь, усиливает сотрясение земли.

Глубина фокусировки Более глубокие землетрясения вызывают меньшее сотрясение поверхности, поскольку большая часть их энергии, передаваемой в виде объемных волн, теряется, не достигнув поверхности. Напомним, что поверхностные волны генерируются продольными и поперечными волнами, поражающими поверхность Земли.

9.8.2 Факторы, определяющие разрушение

Так же, как определенные условия влияют на интенсивность сотрясения земли, несколько факторов влияют на количество причиненных разрушений.

Пример разрушения неармированной кирпичной кладки сейсмическим движением. Строительные материалы— Гибкость строительного материала определяет его устойчивость к землетрясениям. Неармированная кладка (URM) — это материал, наиболее разрушаемый при сотрясении грунта. Деревянный каркас, скрепленный гвоздями, прогибается и прогибается при прохождении сейсмических волн и с большей вероятностью выживет в целости и сохранности.Сталь также может упруго деформироваться до хрупкого разрушения. Кампания «Почини кирпичи» в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, содержит хорошую информацию о URM и безопасности при землетрясениях.

Интенсивность a Продолжительность Более сильное сотрясение и длительность сотрясения вызывают большие разрушения, чем более низкие и более короткие сотрясения.

Резонанс Резонанс возникает, когда частота сейсмических волн соответствует естественной частоте сотрясения здания и усиливает сотрясение, случившееся во время землетрясения в Мехико в 1985 году, когда здания высотой от 6 до 15 этажей были особенно уязвимы для землетрясений.Небоскребы, спроектированные с учетом сейсмостойкости, имеют демпферы и функции изоляции основания для уменьшения резонанса.

На резонанс влияют свойства строительных материалов. Изменения структурной целостности здания могут изменить резонанс. И наоборот, изменения измеренного резонанса могут указывать на потенциально измененную структурную целостность.

В этих двух видеороликах обсуждается, почему здания падают во время землетрясений, а также современные методы уменьшения возможных разрушений в результате землетрясения для больших зданий.

9.8.3 Повторяемость землетрясений Траншея разлома возле Дрейпер Юта. Траншеи позволяют геологам увидеть поперечный разрез разлома и использовать методы датирования, чтобы определить, насколько часто происходят землетрясения.

Длительный перерыв в деятельности на участке разлома с историей повторяющихся землетрясений известен как сейсмический разрыв . Отсутствие активности может указывать на то, что сегмент разлома заблокирован, что может вызвать накопление напряжения и более высокую вероятность повторения землетрясения.Геологи роют траншеи при землетрясениях через разломы, чтобы оценить частоту землетрясений, имевших место в прошлом. Траншеи эффективны при разломах с относительно длинными интервалами повторяемости , примерно через 100-10 000 лет между сильными землетрясениями. Траншеи менее полезны в районах с более частыми землетрясениями, потому что они обычно содержат больше записанных данных.

9.8.4 Распределение землетрясений

На этом видео показано распределение сильных землетрясений на Земле в период с 2010 по 2012 год.Подобно вулканам, землетрясения имеют тенденцию группироваться вокруг активных границ тектонических плит. Исключение составляют внутриплитные землетрясения, которые сравнительно редки.

Зоны субдукции Зоны субдукции, расположенные на границах сходящихся плит, — это места, где происходят самые сильные и глубокие землетрясения, называемые мегапорковыми землетрясениями. Примеры зон землетрясений в зоне субдукции включают Суматранские острова, Алеутские острова, западное побережье Южной Америки и зону субдукции Каскадия у побережья Вашингтона и Орегона.См. Главу 2 для получения дополнительной информации о зонах субдукции.

Зона столкновений с Столкновения между сходящимися континентальными плитами создают широкие зоны землетрясений, которые могут вызвать глубокие, сильные землетрясения из остатков прошлых событий субдукции или других глубинных процессов земной коры. Гималаи (северная граница Индийского субконтинента) и Альпы (южная Европа и Азия) являются активными регионами коллизионных землетрясений. См. Главу 2 для получения дополнительной информации о зонах столкновения.

Преобразование Границы Сдвиговые разломы, созданные на границах преобразования, вызывают землетрясения от умеренных до сильных, обычно с максимальной моментной магнитудой около 8. Разлом Сан-Андреас (Калифорния) является примером преобразования: пограничная зона землетрясения. Система разломов на Гаити Энрикильо-Подорожник, которая вызвала землетрясение в 2010 году недалеко от Порт-о-Пренса (см. Ниже), и Септентриональный разлом, разрушивший Кап-Аитьен в 1842 году и потрясший Кубу в 2020 году, также являются трансформными разломами.Другими примерами являются Альпийский разлом (Новая Зеландия) и Анатолийский разлом (Турция). См. Главу 2 для получения дополнительной информации о границах преобразования.

Дивергентные границы Континентальные перекаты и срединно-океанические хребты, расположенные на расходящихся границах, обычно вызывают умеренные землетрясения. Примеры активных зон землетрясений включают Восточноафриканскую рифтовую систему (от юго-западной Азии до восточной Африки), Исландию и провинцию Бассейн и Диапазон (Невада, Юта, Калифорния, Аризона и северо-запад Мексики).См. Главу 2 для получения дополнительной информации о расходящихся границах.

Высокая плотность землетрясений в сейсмической зоне Нового Мадрида. Внутриплитные землетрясения Внутриплитные землетрясения не обнаруживаются вблизи границ тектонических плит, но обычно происходят в областях ослабленной коры или концентрированного тектонического напряжения. Считается, что сейсмическая зона Нового Мадрида, которая охватывает Миссури, Иллинойс, Теннесси, Арканзас и Индиану, представляет собой провалившийся рифт Рилфут. Разрушенная рифтовая зона ослабила кору, сделав ее более восприимчивой к движению и взаимодействию тектонических плит.Геологи предполагают, что редко возникающие землетрясения вызваны низкой скоростью деформации

9.8.5 Вторичные опасности, вызванные землетрясениями

Большинство повреждений землетрясениями вызвано сотрясением земли и смещением блоков разлома. Кроме того, существуют вторичные опасности, которые подвергают опасности конструкции и людей, в некоторых случаях после прекращения сотрясений.

Здания, разрушенные в результате разжижения во время землетрясения силой 7,5 баллов в Японии. Разжижение — Разжижение происходит, когда водонасыщенные рыхлые отложения, обычно ил или песок, становятся жидкими в результате встряхивания.Встряхивание нарушает сцепление между зернами осадка, создавая суспензию частиц, взвешенных в воде. Здания оседают или наклоняются в сжиженном осадке, который очень похож на зыбучие пески в фильмах. Разжижение также создает песчаные вулканы, конусообразные элементы, возникающие, когда разжиженный песок просачивается через вышележащий и обычно более мелкозернистый слой.

Это видео демонстрирует, как происходит разжижение.

На этом видео показано разжижение, происходящее во время землетрясения 2011 года в Японии.

Цунами Среди самых разрушительных стихийных бедствий — цунами и океанские волны, вызванные землетрясениями. Когда морское дно компенсируется движением разлома или подводным оползнем, смещение грунта поднимает объем океанской воды и генерирует волну цунами. Поведение океанских волн, включая цунами, рассматривается в главе 12. Волны цунами быстро движутся с малой амплитудой в глубоководных водах океана, но значительно увеличиваются по амплитуде на мелководье, приближающемся к берегу.Когда цунами вот-вот обрушится на землю, недостаток впадины, предшествующей гребню волны, заставляет воду резко отступать от берега. К сожалению, любопытные люди блуждают и следуют за исчезающей водой, но их преодолевают встречные водные стены, высота которых может достигать 30 м (100 футов). Системы раннего оповещения помогают уменьшить гибель людей в результате цунами.

По мере того, как глубина океана становится мельче, волна замедляется и накапливается поверх самой себя, создавая большие волны с большой амплитудой.Дом в Спрингдейле, штат Юта, разрушенный оползнем, вызванным землетрясением.

Оползни— Сотрясение может вызвать оползни (см. Главу 10). В 1992 году землетрясение магнитудой 5,9 в Сент-Джордж, штат Юта, вызвало оползень, разрушивший несколько строений в районе Balanced Rock Hills в Спрингвилле, штат Юта.

Сейши —S Сейши — это волны, возникающие в озерах в результате землетрясений. Встряхивание может вызвать всплеск воды назад и вперед или иногда изменить глубину озера.Сейши на озере Хебген во время землетрясения 1959 года вызвали серьезные разрушения близлежащих сооружений и дорог.

На этом видео показан сейч, образовавшийся в бассейне в результате землетрясения в Непале в 2015 году.

Изменения отметки земли Упругий отскок и смещение вдоль плоскости разлома могут вызвать значительные изменения отметки земли, такие как оседание или сдвиг. Землетрясение 1964 года на Аляске привело к значительным изменениям высоты суши, при этом разница в высоте между висящей стеной и опорной стеной составляла от одного до нескольких метров (3–30 футов).Горы Уосатч в штате Юта представляют собой скопление уступов, образовавшихся по несколько метров за раз в течение нескольких миллионов лет.

9.9 Примеры из практики

Видео, объясняющее сейсмическую активность и опасности Межгорного сейсмического пояса и разлома Уосатч, большой внутриплитной области сейсмической активности.

9.9.1 Землетрясения в Северной Америке

Землетрясения бассейнов и хребтов — землетрясений в провинции бассейнов и хребтов, от разлома Уосатч (Юта) до Сьерра-Невада (Калифорния), происходят в основном в нормальных разломах, созданных силами растяжения.Разлом Уосатч, который определяет восточную часть провинции Бассейн и Хребет, изучался как источник опасности землетрясения более 100 лет.

Ново-Мадридские землетрясения (1811-1812) Исторические отчеты о землетрясениях в сейсмической зоне Нового Мадрида датируются 1699 годом, и о землетрясениях продолжают сообщать и в наше время. Последовательность больших (M w > 7) произошла с декабря 1811 года по февраль 1812 года в районе Нового Мадрида в штате Миссури.Землетрясения повредили дома в Сент-Луисе, повлияли на течение реки Миссисипи и сровняли с землей город Новый Мадрид. Эти землетрясения были результатом внутриплитной сейсмической активности.

Чарльстон (1886) Землетрясение 1886 года в Чарлстоне, Южная Каролина, имело моментальную магнитуду 7,0 с интенсивностью Меркалли X, вызвало значительные колебания грунта и унесло жизни не менее 60 человек. Это внутриплитное землетрясение, вероятно, было связано с древними разломами, возникшими во время распада Пангеи.Землетрясение вызвало значительное разжижение. Ученые оценивают повторяемость разрушительных землетрясений в этом районе примерно с интервалом от 1500 до 1800 лет.

Великое землетрясение и пожар в Сан-Франциско (1906) 18 апреля 1906 года сильное землетрясение с расчетной моментной магнитудой 7,8 и MMI X произошло вдоль разлома Сан-Андреас недалеко от Сан-Франциско, штат Калифорния. Произошло несколько афтершоков, за которыми последовали разрушительные пожары, в результате которых было разрушено около 80% города.Геологи Г.К. Гилберт и Ричард Л. Хамфри, работавшие по независимо друг от друга, прибыли на следующий день после землетрясения и провели измерения и сфотографировали .

Остатки Сан-Франциско после землетрясения и пожара 1906 года.

Аляска (1964) Землетрясение 1964 года на Аляске с моментной магнитудой 9,2 было одним из самых мощных землетрясений, когда-либо зарегистрированных. Землетрясение возникло в мегапространственном разломе Алеутской зоны субдукции. Землетрясение привело к проседанию и поднятию больших площадей земли, а также к значительному истощению массы.

Видео с Геологической службы США о землетрясении 1964 года на Аляске.

Лома-Приета (1989) Землетрясение в Лома-Приета, Калифорния, было вызвано движением вдоль разлома Сан-Андреас. После землетрясения магнитудой 6,9 балла последовал афтершок магнитудой 5,2 балла. В результате погибли 63 человека, были повреждены участки нескольких автострад и обрушилась часть моста через залив Сан-Франциско-Окленд.

На этом видео показано, как сотрясения распространились по Району залива во время землетрясения в Лома-Приета в 1989 году.

На этом видео показаны разрушения, вызванные землетрясением 1989 года в Лома-Приэте.

9.9.2 Глобальные землетрясения

Многие из крупнейших землетрясений в истории произошли в зонах мега-коровки, таких как зона субдукции Каскадия (побережья Вашингтона и Орегона) и гора Рейнир (Вашингтон).

Шэньси, Китай (1556) 23 января 1556 года в центральном Китае произошло землетрясение магнитудой примерно 8 баллов, в результате чего погибло около 830 000 человек, что считается самым смертоносным землетрясением в истории. Большое количество погибших было связано с обрушением пещерных жилищ ( яодун, ), построенных на лессовых отложениях, которые представляют собой большие берега сдутых ветром, уплотненных наносов (см. Главу 5). Считается, что землетрясений в этом регионе имеют период повторяемости 1000 лет.

Лиссабон, Португалия (1755) — 1 ноября 1755 года землетрясение с расчетной моментной магнитудой 8–9 произошло в Лиссабоне, Португалия , в результате чего погибло от 10 000 до 17 400 человек.За землетрясением последовало цунами, в результате которого общее число погибших составило от 30 000 до 70 000 человек.

Вальдивия, Чили (1960) — Землетрясение 22 мая 1960 года было самым мощным из когда-либо измеренных землетрясений с моментной магнитудой 9,4–9,6 и продолжительностью примерно 10 минут. Это вызвало цунами, разрушившее дома через Тихий океан в Японии и на Гавайях, и вызвало извержение вентиляционных отверстий на реке Пуйеуэ-Кордон-Каулле (Чили).

Видео с описанием цунами, вызванного землетрясением 1960 года в Чили.

Таншань, Китай (1976) Незадолго до 4 часов утра (по пекинскому времени) 28 июля 1976 года моментальное землетрясение магнитудой 7,8 обрушилось на Таншань (провинция Хэбэй), Китай, и унесло жизни более 240 000 человек. Большое количество погибших связано с тем, что люди все еще спят или находятся дома, а большинство зданий построено из неармированной кирпичной кладки.

Суматра, Индонезия (2004 г.) —26 декабря 2004 г. проскальзывание мегапространственного разлома Сунда вызвало моментную величину 9.Землетрясение 0–9.3 у побережья Суматры, Индонезия . Этот мегапространственный разлом образован Австралийской плитой, погружающейся ниже плиты Сунда в Индийском океане. Возникшие в результате цунами создали массивные волны высотой до 24 м (79 футов), когда они достигли берега, и унесли жизни более 200 000 человек вдоль побережья Индийского океана.

Гаити (2010) После землетрясения магнитудой 7, произошедшего 12 января 2010 г., последовало множество афтершоков магнитудой 4.5 или выше. По оценкам, в результате землетрясения погибло более 200 000 человек. Повсеместный ущерб инфраструктуре и скопление людей способствовали вспышке холеры, которая, по оценкам, унесла еще тысячи жизней.

Тохоку, Япония (2011) Поскольку большинство японских зданий спроектировано так, чтобы выдерживать землетрясения, землетрясение магнитудой 9,0 11 марта 2011 года не было таким разрушительным, как цунами, которое оно вызвало. Цунами привело к гибели более 15 000 человек и ущербу в десятки миллиардов долларов, включая разрушительный расплав атомной электростанции Фукусима.

Сводка

Геологическое напряжение, приложенная сила, бывает трех типов: растяжение, сдвиг и сжатие. Деформация вызывается напряжением и вызывает три типа деформации: упругую, пластичную и хрупкую. Геологические карты — это двухмерные изображения поверхностных образований, которые являются поверхностным выражением трехмерных геологических структур в недрах. Символ на карте, называемый простиранием и падением или ориентацией скалы, указывает ориентацию пластов горных пород по отношению к северу-югу и горизонтали.Слои складчатых горных пород классифицируются по ориентации их конечностей, осей складок и осевых плоскостей. Неисправности возникают, когда силы напряжения превышают целостность породы и трение, что приводит к хрупкой деформации и разрушению. Три основных типа разломов описываются движением их блоков разломов: нормальные, сдвиговые и обратные.

Землетрясения или сейсмическая активность вызываются внезапной хрупкой деформацией, сопровождающейся упругим отскоком. Высвобождение энергии из очага землетрясения генерируется в виде сейсмических волн.P- и S-волны проходят через недра Земли. Когда они ударяются о внешнюю кору, они создают поверхностные волны. Деятельность человека, такая как добыча полезных ископаемых и ядерные взрывы, также может вызывать сейсмическую активность. Сейсмографы измеряют энергию, выделяемую землетрясением, с использованием логарифмической шкалы единиц магнитуды; Шкала величин момента заменила исходную шкалу Рихтера. Интенсивность землетрясения — это воспринимаемые последствия сотрясения земли и физического повреждения. Местоположение очагов землетрясений определяется по показаниям триангуляции нескольких сейсмографов.

Лучи землетрясений, проходящие через горные породы в недрах Земли и измеренные сейсмографами всемирной сейсмической сети, позволяют создавать трехмерные изображения погребенных массивов горных пород в виде сейсмических томографов.

Землетрясения связаны с тектоникой плит. Обычно они возникают вокруг активных границ плит, включая зоны субдукции, столкновения, трансформации и расходящиеся границы. Также случаются области внутриплитных землетрясений. Ущерб, причиненный землетрясениями, зависит от ряда факторов, включая величину, местоположение и направление, местные условия, строительные материалы, интенсивность и продолжительность, а также резонанс.Помимо ущерба, непосредственно вызванного сотрясением земли, вторичные опасности землетрясений включают разжижение, цунами, оползни, сейши и перепады высот.

Ссылки

  1. Christenson, G.E., 1995, Землетрясение в Сент-Джорджесе 2 сентября 1992 г., ML 5.8, округ Вашингтон, Юта: Циркуляр Геологической службы Юты 88, 48 стр.
  2. Коулман, Дж. Л., и Кахан, С. М., 2012, Предварительный каталог осадочных бассейнов США: Отчет геологической службы США 1111, 27 стр.
  3. Earle, S., 2015, Учебник по физической геологии OER: BC Campus OpenEd.
  4. Фельдман, Дж., 2012, Когда Миссисипи отступила: Империя, Интриги, убийства и землетрясения в Новом Мадриде 1811 и 1812 годов: Free Press, 320 с.
  5. Фуллер, М.Л., 1912, Землетрясение в Новом Мадриде: Бюллетень Консорциума по землетрясениям в Центральной США, 494, 129 стр.
  6. Gilbert, G.K., and Dutton, C.E., 1877, Отчет о геологии гор Генри: Вашингтон, Типография правительства США, 160 стр.
  7. Хильденбранд, Т.Г., и Хендрикс, Д.Д., 1995, Геофизические условия рифта Рилфут и отношения между рифтовыми структурами и сейсмической зоной Нового Мадрида: Профессиональный документ геологической службы США 1538-E, 36 стр.
  8. Средство, У.Д., 1976, Напряжение и деформация — Основные концепции механики сплошной среды: Берлин, Шпринг, 273 с.
  9. Ressetar, R. (Ed.), 2013, Свелл Сан-Рафаэль и бассейн гор Генри: геологический центр Юты: Геологическая ассоциация Юты, Геологическая ассоциация Юты, 250 стр.
  10. Сатаке, К., Этуотер, Б.Ф., 2007, Долгосрочные перспективы гигантских землетрясений и цунами в зонах субдукции: Ежегодный обзор наук о Земле и планетах, т. 35, вып. 1, стр. 349–374., DOI: 10.1146 / annurev.earth.35.031306.140302.
  11. Talwani, P., and Cox, J., 1985, Палеосейсмические свидетельства повторения землетрясений возле Чарльстона, Южная Каролина: Наука, т. 229, вып. 4711, стр. 379–381.

ГЛАВА 10 (Складки, разломы и деформация горных пород)

ГЛАВА 10 (Складки, разломы и деформация горных пород)

ГЛАВА 10: Складки, разломы и деформации горных пород

1. Рис. 10.6 : Породы, которые изначально были отложены в горизонтальных слоях, могут впоследствии деформироваться под действием тектонических сил в складки и разломы. Складки представляют собой изгибы и изгибы в скалах. Разломы представляют собой плоскости отрыва, возникающие, когда породы по обе стороны от смещения скользят друг мимо друга.

Как деформируются горные породы

Три типа тектонических сил

1. Рисунок 10.6: Существует три основных типа тектонических сил, которые могут деформировать горные породы.Тип деформации (деформации), развивающейся в породе, зависит от тектонической силы.

(a) Сжимающие силы сжимают и укорачивают тело.

(б) Силы растяжения растягивают тело и разрывают его

(c) Срезающие силы толкают разные части тела в противоположных направлениях

2. Тип деформации, испытываемой горным телом, во многом зависит от типа прилагаемой силы.

(a) Рис. 10.6a: Сжимающие силы создают складки и разломы как следствие укорочения.Сжимающие силы распространены вдоль границ сходящихся плит, что приводит к образованию горных хребтов.

(b) Рис. 10.6b : Силы растяжения вызывают растяжение и утонение горных пород, обычно сопровождающееся разломами растяжения. Силы натяжения распространены вдоль границ плит, таких как срединно-океанические хребты.

(c) Рис. 10.6c : Сдвиговые силы заставляют горные породы скользить горизонтально друг за другом, например, вдоль границ трансформируемых плит, образуя обширные системы разломов.

Что определяет, изгибается ли камень или ломается?

1. Рис. 10.7 : Еще один фактор, определяющий, как деформируется порода, — это ограничивающее давление , которое похоже на давление, которое вы чувствуете при глубоком погружении. Под ограничивающим давлением силы давят на тело во всех направлениях. По сути, тело вжимается в себя.

2. Ограничивающие давления в земле вызваны весом вышележащей породы, толкающей вниз со всех сторон.Бурильщики испытывают большие проблемы с ограничением давления. Отверстия, пробуренные в земной коре, как правило, остаются открытыми на небольшой глубине, но на большей глубине отверстия имеют тенденцию к сжатию из-за увеличения ограничивающего давления.

3. Рис. 10.7b : Когда внешняя сила применяется к погребенным породам при низком ограничивающем давлении, например, у поверхности земли, порода обычно деформируется путем простого разрушения. Это известно как хрупкая деформация .

4. Рис. 10.7c : При более высоком ограничивающем давлении внешняя сила, направленная аналогичным образом, приведет к тому, что глубоко заглубленная порода будет фактически течь и деформироваться без трещин. Это известно как пластическая деформация , и говорят, что горная порода ведет себя пластически .

5. Поэтому горные породы под низким ограничивающим давлением у поверхности земли обычно деформируются в результате трещин и разломов. Породы глубоко в земной коре под воздействием высокого ограничивающего давления деформируются путем складывания.

Хрупкость и пластичность

1. Рисунок 10.7 : Породы определяются как хрупкие или пластичные в зависимости от того, как они деформируются под действием сил.

2. При хрупкой деформации к горной породе прилагается постоянная сила. По мере постепенного увеличения силы в породе происходят небольшие изменения, пока она внезапно не расколется.

3. При пластической деформации постепенно возрастающая сила заставляет горную породу подвергаться плавной и непрерывной пластической деформации. Порода искривляется и меняет форму без трещин.

4. Тип породы также определяет тип деформации. При аналогичных ограничивающих давлениях галит (каменная соль) более подвержен пластической деформации, чем гранит, который с большей вероятностью будет разрушаться.

5. Магматические и метаморфические породы имеют тенденцию быть более прочными и, таким образом, противостоять деформации в большей степени, чем осадочные породы.

Измерение удара и падения

1. Рисунок 10.4 : Ориентацию слоев горных пород, складок, трещин и разломов можно измерить в трехмерном пространстве с помощью простирания и падения .

2. Простирание поверхности — это направление линии, образованной пересечением слоя горной породы с горизонтальной поверхностью. Удар описывается с точки зрения направления, например N 10 o W.

3. Угол наклона измеряется под прямым углом к ​​простиранию и является мерой угла наклона поверхности относительно горизонтальной поверхности. Падение указывается в виде угла и направления (например, 35 o E).

Складки

Типы складок

1. Рисунок 10.9 : Складки являются результатом пластической деформации горных пород в ответ на внешние силы.

2. Слоистые породы, сложенные в дуги, называются антиклиналями , а прогибы называются синклиналями .

3. Рисунки 10.10 и 10.11: Две стороны складки называются конечностями . Две конечности соединяются, образуя воображаемую линию, называемую осью складки . Направление, в котором указывает ось сгиба, указывает простирание складки.

4. Рис. 10.16a : Купол — это антиклинальная структура, в которой фланкирующие слои окружают центральную точку и наклоняются радиально от нее.

5. Рис. 10.16b : Бассейн представляет собой синклинальную структуру, проявляющуюся в виде чашеобразной впадины, в которой слои горных пород падают радиально к центральной точке.

6. Рис. 10.5 : Эродированная поверхность складки выглядит как серия полос различных пород. Рок-полосы, появляющиеся с одной стороны оси складки, дублируются с другой стороны.Для бассейнов и куполов пласты, обнаженные на поверхности, образуют концентрические круги вокруг центральной точки (рис. 10.16).

7 . Рис. 10.5 : Для антиклиналей обнажения горных пород на поверхности постепенно становятся старше по направлению к оси складки.

8. Рис. 10.18: Синклинали показывают противоположную тенденцию. По направлению к оси синклиналей обнажения горных пород становятся все моложе.

9. Слои горных пород падают от оси складок в антиклиналях, но падают к оси складок в синклиналях.

Глубокие складки

1. Рис. 10.10 : Складку можно разделить воображаемой поверхностью, называемой осевой плоскостью . Осевая плоскость разделяет складку максимально симметрично. Линия, образованная пересечением осевой плоскости с пластами, определяет ось складки.

2. Рисунок 10.10 : Ось сгиба может быть горизонтальной. Если ось не горизонтальна, говорят, что конструкция представляет собой складку с врезанием .

3. Углубление складки можно описать как угол, под которым ось складки образует с горизонтальной поверхностью. Таким образом, ось загиба может быть описана как имеющая определенный удар (например, N 10 o W) и врезание (например, 20 o NW). В отличие от опускных пластов, падение оси складки совпадает с направлением простирания осевой плоскости.

4. Рисунок 10.12: Складки можно классифицировать по их геометрии относительно их осевой плоскости.

(a) Симметричные складки : Осевая плоскость вертикальна, пласты падают примерно под одинаковым углом, но в противоположных направлениях по обе стороны от плоскости.

(b) Асимметричные складки : Осевые плоскости наклонены, и одна конечность складки наклонена более круто, чем противоположная конечность, но все же в противоположных направлениях.

(c) Перевёрнутые складки : Осевая плоскость наклонена, и обе конечности складки наклонены в одном направлении.

5. В целом, чем больше асимметрия складки, тем интенсивнее деформация.

6. Рисунок 10.14 : Когда складки погружаются в землю, они практически исчезают с поверхности.Изогнутые пласты, образующие складку с углублением, образуют узор в виде подковы или шпильки на поверхности, где они погружаются в землю.

7. Для антиклиналей форма подковы или шпильки замыкается в направлении падения антиклинали.

8. Для синклиналей форма подковы или шпильки открывается в направлении падения синклинали.

9. Рисунок 10.5: В полевых условиях геолог может восстановить геометрию складок по:

(а) измерение простирания и падения различных пластов, обнаженных в обнажениях

(б) отмечая, в каком направлении грядки молодеют

(c) измерение любых структурных деформаций в породах.

(d) Как только эта информация получена, геолог может использовать принципы геометрии и тригонометрии для определения ориентации осевой плоскости, а также того, поворачивается ли складка. Если складка опускается, то наклон оси складки также можно определить с помощью геометрических, тригонометрических и полевых измерений.

Соединения и неисправности

Породы, подвергающиеся хрупкой деформации, имеют тенденцию к разрушению на стыков и разломов .

Соединения

1. Рис. 10.20 : Соединение — это трещина в скале, вдоль которой не произошло заметного движения. Слои на одной стороне стыка совпадают со слоями с другой стороны.

2. Соединения могут образовываться в результате расширения и сжатия горных пород. Расширение может произойти, если эрозия сдирает вышележащие породы для эксгумации когда-то глубоко погребенных пород. Снижение ограничивающего давления заставляет эксгумированную породу расширяться и разрушаться, в результате чего образуются стыки.

3. Соединения помогают противостоять атмосферным воздействиям, обеспечивая каналы, по которым вода и воздух могут проникать глубоко в пласт.

Неисправности

1. Рис. 10.22 : Разлом — это плоскость дислокации, где породы на одной стороне разлома переместились относительно пород на другой стороне. Пласты на одной стороне плоскости разлома обычно смещены от пластов на противоположной стороне.

2. Рисунок 10.6 : Разломы могут образовываться в ответ на любой из трех типов сил: сжатие, растяжение и сдвиг. Однако тип возникающего разлома зависит от типа приложенной силы.

3. Плоскость разлома разделяет толщу породы на два блока. Один блок называется висячей стеной , другой — подножкой .

(a) Висячая стена — это каменная глыба над наклонной плоскостью разлома.

(b) Блок скальной породы ниже наклонной плоскости разлома составляет нижнюю стенку .

4. Рисунок 10.22a : Если висячая стена скользит вниз по отношению к подошве, разлом определяется как нормальный .

5. Рис. 10.25 : Нормальные разломы возникают в результате сил растяжения и обычно образуют рифтовых долин . Блок с пониженным разломом в рифтовой долине называется грабеном , а поднявшийся блок — горстом .

6. Рис. 10.22c : Сдвиговые силы обычно вызывают сдвиговых разломов , когда один блок скользит горизонтально мимо другого. Другими словами, проскальзывание параллельно прорыву разлома.

7. Рис. 10.22b : Силы сжатия обычно толкают висящую стену вверх по отношению к подошве, создавая обратный сброс .

8. Рис. 10.23 : Обратный сброс, в котором падение плоскости разлома настолько мало, что почти горизонтально, называется надвиговым разломом . При надвиговых разломах висячая стенка перемещается почти горизонтально над опорной стенкой.

9. Рисунок 10.22d : Косые разломы возникают там, где в разломе присутствует как сдвиг, так и падение-сдвиг.

Хрупкая деформация — обзор

4.24.4.4 Модели механики повреждений

Одним из подходов к сложной хрупкой деформации твердого тела является использование механики повреждений. Этот подход был первоначально разработан для количественной оценки необратимой хрупкой деформации твердых тел, связанной с микротрещинами. Было введено несколько эмпирических моделей механики разрушения континуума, которые используются в гражданском и машиностроении (Качанов, 1986; Крайчинович, 1996; Щербаков, Туркотт, 2003; Яковлев и др., 2010). Механика разрушения также применялась к хрупкой деформации земной коры рядом авторов (Ben-Zion, Lyakhovsky, 2002, 2006; Lyakhovsky, Ben-Zion, 2008; Lyakhovsky et al., 1997, 2001; Turcotte, Shcherbakov). , 2006; Turcotte et al., 2003). В этом приложении деформации и повреждения связаны с землетрясениями.

Применение механики разрушения сплошной среды можно проиллюстрировать на примере стержня в состоянии одноосного напряжения. Для эластичного материала применим закон Гука, который записывается в виде

[51] σ = E0ε

, где ϵ — деформация, а E 0 — модуль Юнга неповрежденного материала.

В этой главе мы рассмотрим модель механики разрушения континуума, предложенную Щербаковым и др. (2005a). Если напряжение меньше предела текучести, предполагается, что уравнение [51] справедливо. Если напряжение превышает предел текучести, σ > σ y , переменная повреждения α вводится согласно

[52] σ − σy = E01 − αε − εy

, где σ y = E 0 ϵ y .Когда α = 0, уравнение [52] сводится к уравнению [51], и применяется линейная упругость, когда происходит отказ. Увеличение значений α в диапазоне 0 ≤ α <1 количественно определяет ослабление (уменьшение E ), связанное с увеличением количества и размера микротрещин в материале. Несколько авторов (Krajcinovic, 1996; Turcotte et al., 2003) показали прямое соответствие между переменной повреждения α в непрерывном материале и количеством уцелевших волокон N в пучке волокон, который первоначально имел N 0 волокна, α = 1 — N / N 0 .

Чтобы завершить постановку задачи о повреждении, необходимо задать кинетическое уравнение для переменной повреждения. По аналогии с Ляховским и соавт. (1997) мы берем

[53] dαtdt = 0, if0≤σ≤σy

[54] dαtdt = 1tdσtσy − 1ρεtεy − 12, если σ> σy

, где t d — характерный временной масштаб для повреждение, а p — постоянная величина, которую необходимо определить экспериментально. Степенная зависимость d α / d t от напряжения (и деформации), приведенная в предыдущем тексте, должна рассматриваться как эмпирическая по своей природе.Однако аналогичная зависимость мощности d N / d t от напряжения широко используется при анализе отказов волокон в пучках волокон (Newman and Phoenix, 2001).

В качестве первого примера мы рассмотрели стержень, к которому мгновенно прикладывается постоянное одноосное растягивающее напряжение σ 0 > σ y при t = 0 и сохраняется постоянным до тех пор, пока образец не разрушится. Применимое кинетическое уравнение для скорости увеличения повреждений со временем получается из уравнений [52] — [54] с результатом

[55] dαdt = 1tdσ0σy − 1ρ + 211 − αt2

Интегрирование с начальным условием α (0) = 0 дает

[56] αt = 1−1−3ttdσ0σy − 1ρ + 21/3

Подстановка уравнения [56] в уравнение [52] дает деформацию в образце как функцию времени t :

[57] εtεy = 1 + σ0 / σy − 11−3ttdσ0 / σy − 1ρ + 21/3

Отказ происходит в момент времени t f при α → 1 ( ϵ → ∞).Согласно формуле [57], это время отказа определяется выражением

[58] tf = td3σ0σy − 1 − ρ + 2

Время до отказа стремится к бесконечности по степенному закону, когда приложенное напряжение приближается к пределу текучести.

Особенно интересная серия экспериментов по хрупкому разрушению была проведена Guarino et al. (1999). Эти авторы исследовали разрушение круглых панелей (диаметром 222 мм, толщиной 3–5 мм) из ДСП. К панели быстро прикладывали дифференциальное давление и поддерживали его на постоянном уровне до тех пор, пока не произошел отказ.Для этих относительно тонких панелей напряжения изгиба были незначительными, и панели не выдержали напряжения (режим разрушения I). Первоначально казалось, что микротрещины распределены по панели случайным образом; по мере увеличения количества микротрещин они имели тенденцию локализоваться и сливаться в области, где произошел окончательный разрыв. Было обнаружено, что время до разрушения t f этих панелей из ДСП систематически зависит от приложенного перепада давления P . Принимая давление текучести (напряжение) P y = 0.038 МПа, их результаты очень хорошо коррелируют с уравнением [57], принимая p = 0,25 и t d = 168 с. Щербаков и др. (2005a) и Ben-Zion и Lyakhovsky (2002) показали, что решение механики повреждений, приведенное в уравнении [57], дает объяснение степенному увеличению деформации Бениоффа, связанной с AMR.

В качестве последнего примера мы рассмотрим стержень, к которому мгновенно приложена постоянная одноосная деформация растяжения 0 > ϵ y при t = 0 и остается постоянной.Применимое уравнение для скорости увеличения повреждений со временем получается из уравнений [52] — [55] с результатом

[59] dαdt = 1tdε0εy − 1ρ + 21 − αtρ

Интегрирование с начальным условием α (0) = 0, находим

[60] αt = 1−1 + ρ − 1ttdε0εy − 1ρ + 2−1 / ρ − 1

Этот результат действителен, пока p > 1. Ущерб увеличивается. монотонно со временем, и при t → ∞ максимальное повреждение составляет α (∞) = 1. Используя уравнение [60] с уравнением [52], можно получить релаксацию напряжения в материале как функцию времени t

[61] σtσy = 1 + ε0εy − 11 + ρ − 1ttdε0εy − 1ρ + 2−1 / ρ − 1

При t = 0 мы имеем линейную упругость, соответствующую α = 0.В пределе t → ∞ напряжение релаксирует до предела текучести σ (∞) = σ y , ниже которого дальнейшее повреждение невозможно.

Чтобы связать нашу модель механики разрушения континуума с афтершоками, мы определяем скорость выделения энергии в процессе релаксации, рассмотренном в предыдущем тексте. Поскольку во время релаксации напряжений деформация постоянна, с образцом не выполняется никаких действий. Мы предполагаем, что если приложенная деформация (напряжение) мгновенно снимается во время процесса релаксации, образец вернется в состояние нулевого напряжения и деформации по линейной траектории напряжение-деформация с наклоном E 0 (1 — α ) для напряжения σ y и путь с уклоном E 0 до нулевого напряжения.Мы предполагаем, что разница между добавленной энергией e YA и восстановленной энергией e aY теряется в афтершоках, и находим, что эта энергия e как дается как

[62] eas = eYA − eaY = 12E0ε0 − εy2αt

Скорость выделения энергии получается путем подстановки уравнения [59] в уравнение [62] и взятия производной по времени с результатом

[63] deasdt = E0εy22tdε0εy − 1ρ + 41 + ρ− 1ε0εy − 1ρ + 2ttd − ρ / ρ − 1

Полная энергия афтершоков e ast получается заменой α = 1 в уравнение [62] с результатом

[64] east = 12E0ε0− εy2

Объединение уравнений [63] и [64] дает

[65] 1eastdeasdt = 1tdε0 / εy − 1ρ + 21 + ρ − 1ε0 / εy − 1ρ + 2ttdρ / ρ − 1

Этот результат явно похож на соотношение афтершока приведено в уравнении [7].Чтобы продемонстрировать это в дальнейшем, сделаем замены:

[66] ρ = pp − 1

[67] c = tdρ − 1ε0 / εy − 1ρ + 2

Подстановка уравнений [66] и [67] в уравнение [65] дает

[68] 1eastdeasdt = p − 1c11 + t / cp

Этот результат механики повреждений идентичен по форме модифицированному закону Омори для афтершоков, приведенному в уравнении [7].

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *