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圍壓是指岩石的周圍岩體對它施加的壓力。在地下深處岩石的圍壓,主要是由上覆岩石的重量所致,常稱為靜岩壓力。地殼岩石的圍壓隨埋深的增加而增高,兩者大體呈線性關係。非均勻的各向壓縮能增強岩石的彈、韌性,並提髙岩石的強度。

定義

岩石在圍壓作用下力學性質的變化,已有不少實驗結果。這些實驗結果表明隨着圍壓的提高,岩石逐漸從脆性過渡較為韌性。在溫度不變的條件下,隨着圍壓的提高,碳酸鹽岩石的永久變形明顯逐漸增大。硅酸鹽岩石的彈性極限隨圍壓的增大有較大幅度提髙,直到圍壓提高到數百兆帕時,仍然保持脆性的性質。花崗岩類在室溫下到一吉帕左右才轉化為韌性,石英岩等甚至在二吉帕時仍為脆性。上述實驗情況對於礦物也是一樣,如磁黃鐵礦和閃鋅礦,在室溫24°C下,隨着圍壓增加,礦物的彈性極限和抗壓強度均相應提高了。圍壓增強對材料力學性質的影響與材料本身的物理性質有關。如白雲岩和花崗岩相比,前者相對塑性;閃鋅礦和磁黃鐵礦相比,前者較為塑性,而原來較為塑性的材料,在圍壓影響下,其強度的提髙顯然較原為脆性的材料要少。[1]

圍壓效應的原因

圍壓影響岩石力學性質的原因在於高圍壓下使晶體凝聚力增大,質點彼此接近,其晶格不易破壞,即不易發生斷裂,只能滑移,故表現為塑性變形。

圍壓的作用

從von Karman (1911)首先用卡拉拉大理岩進行試驗以來,人們對圍壓在取得岩石延性方面的作用(在有孔隙液體存在的情況下則是有效圍壓的作用)做了許多研究。為了證明岩石隨壓力增大由脆性向延性轉變的特性,用大理岩在室溫下試驗,仍然是最方便的。實驗結果表明隨圍壓的增大,大理石的應力——應變曲線上出現的三種重要效應: ① 在圍壓超過大約20兆帕時,宏觀破壞之前所達到的應變,增加得非常明顯。這種從應變率只有分之幾時就發生宏觀破裂,到能承受更大量級分布應變的能力的變化,叫做脆性——延性轉變

② 圍壓越高,應力——應變曲線的總水平也變得越高。

③應力一應變曲線上的應變值,有持續增大的趨勢。因而,曲線斜度也愈來愈陡,即圍壓越大,應變——硬化的範圍和程度也越大。 圍壓對於岩石性質的影響稱為圍壓效應。[2]

參考資料