机械性能

压力和应变

当应力σ(单位面积上的力)作用于岩石等材料时，该材料的强度会发生变化维体积或形状。这个变化，或者变形，称为应变(ε)。压力可以是轴向-例如,方向拉伸或简单压缩-或剪切(切线),或全面(例如,流体静力压缩)。“压力”和“压力”这两个词有时可以互换使用，但通常“压力”指的是方向性的压力或压力剪切应力压力(P)指静水压压缩。对于小应力，应变是弹性的(当应力被去除时可恢复，并与施加的应力成线性比例)。对于较大的应力和其他条件，应变可以是非弹性的，或者是永久的。

弹性常数

在弹性变形时，有不同的常数将应变响应的大小与施加的应力联系起来。这些弹性常数包括:

(1）杨氏模量（E)为施加应力与分数的比值扩展(或缩短)平行于拉伸(或压缩)的样品长度。应变是尺寸的线性变化除以原始长度。

（2）剪切模量(μ)是施加应力与原本垂直于施加剪应力的平面的扭曲(旋转)之比;它也被称为刚性模量。

（3）体积弹性模量（k)为围压与体积在施加静水压力作用下的分数减小的比值。体积应变是样品体积的变化量除以原始体积。体模量也称为不可压缩模量。

（4）泊松比(σ_p的比值横向应变(垂直于施加的应力)到纵向应变(平行于施加的应力)。

对于弹性和各向同性材料，弹性常数是相互关联的。例如,而且

以下是常见的应力单位:因此，10千巴= 1千帕斯卡(也就是说,10⁹Pa)。

岩石力学

研究岩石在应力作用下的应变所引起的变形的学科叫做岩石力学。当变形的规模扩大到地壳中的大型地质构造时地球，这个研究领域被称为大地构造地质学。

岩石和地球物质的变形机理和特征可以通过实验室实验、开发理论基于材料性质的模型，以及对现场变形岩石和结构的研究。在实验室中，人们可以直接或通过适当缩放实验参数来模拟几种条件。可以模拟两种压力:围(静水)，由于埋藏在岩石覆盖层之下，和内部(孔隙)，由于压力由包含在岩石空隙中的孔隙流体施加的。定向施加应力，如压缩，拉伸和剪切，作为增加的影响进行了研究温度随着地壳的深度而引入。持续时间和施加压力的速率的影响(也就是说,负载)作为时间的函数被检查。此外，流体的作用，特别是如果它们具有化学活性，将被研究。

一些简单的设备对于变形岩石，设计为双轴应力应用:在圆柱形试样周围施加围压(由加压流体施加)时，施加定向(单轴)压缩。这模拟地球内部深处的变形。还可以施加独立的内部孔隙流体压力。岩石标本可被一层薄而不透水的套筒(例如,橡胶或铜)，以分离外部压力介质从内部孔隙流体(如果有)。标本的尺寸一般只有几厘米。

1968年，Akira Sawaoka、Naoto Kawai和Robert Carmichael设计了另一种对样品施加高压的装置，该装置可使流体静压达到12千巴(1.2千兆帕斯卡)，附加定向应力，温度高达几百摄氏度。所述试件位于底板上;压力是通过驱动活塞来施加的液压机．端盖可以锁定，以保持压力的时间实验，并使设备便携。

动态技术(也就是说,火炮式设计产生的爆炸冲击产生的冲击波)，甚至更高的压力高达7000千巴(700吉帕斯卡)——这几乎是地球中心压力的两倍，是地球压力的700万倍大气压力在地球表面——可以在很短的时间内产生。东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)的佐冈(A. Sawaoka)是这种超压力研究的领军人物。

在地球的上地壳，静水压力以每公里320巴的速度增加，温度以每公里20°-40°C的典型速度增加，这取决于最近的地壳地质历史。额外的定向应力，可以由大规模的地壳变形(构造作用)产生，范围可达1至2千巴。这大约等于固体的极限强度(断裂前)结晶岩石在表面温度和压力下(见下文)。在一次大地震中释放的应力是一个位移的错飞机大约是50-150巴。

在研究岩石的变形时，人们可以从理想行为的假设开始:弹性应变和均匀以及各向同性应力和应变。事实上，在微观尺度上，沉积物中有颗粒和孔隙，火成岩和变质岩中有晶体结构。在大范围内，岩体表现出物理化学变化和结构特征。此外，延长时间、围压和地下流体等条件也会影响变形的变化率。图7展示了广义的过渡从脆性断裂到断裂，再到响应压缩应力和围压逐渐增大的塑性流动变形。