Общие сведения о продольном изгибе

Продольный изгиб

Для геологии (в отличие от техники) важно, как образуются различные структурные формы, или как ведут себя тела после потери ими устойчивости. Неустойчивость формы возникает в телах, у которых один размер много меньше размеров в двух других направлениях, или два размера много меньше третьего, т.е. в телах, которые по форме близки к пластинам или стержням. Выход удлиненных тел из неустойчивого равновесия в результате действия сжимающих сил, направленных вдоль их длинной оси, называется продольным изгибом (рис….).

Вернемся снова к линейке и повторим наш эксперимент: поставим обычную линейку вертикально на стол и надавим ладонью на ее торец. При медленном приложении силы мы поначалу не обнаружим никаких видимых изменений. Линейка сохраняет свою прямолинейность. Однако при некотором значении прикладываемой силы ситуация быстро изменяется. Линейка резко теряет прямолинейную форму, изогнувшись посредине, после чего для продолжения изгиба требуется лишь небольшое усилие. Процесс резкого изгиба пластообразного тела, приводящий к его искривлению, называют потерей устойчивости. Силу, при которой тело теряет устойчивость, называют критической (до достижения сжимающими силами некоторой критической величины нет и не может быть никакого изгиба – даже имеющего только чисто теоретическое значение; деформация ограничивается продольным укорочением вытянутого тела). Ее величина зависит от механических свойств материала, из которого состоит тело, и от геометрических параметров тела (длины, толщины, геометрии сечения).

Различают устойчивое и неустойчивое равновесие. Если даже самого малого отклоняющего воздействия достаточно, чтобы произошел сильный изгиб, это означает, что прямолинейная форма тела при данной величине сжатия неустойчива. В реальных условиях всегда имеют место неоднородность материала, отклонение формы тела от строго прямолинейной, непараллельность направления действия сил и оси тела и т.д., что нарушает строгую симметричность условий нагружения и способствует выходу тела из неустойчивого равновесия.

Для того чтобы продольный изгиб мог осуществляться в сплошной среде, она должна состоять из удлиненных или пластообразных тел. Например, быть слоистой, каковой и является, преимущественно, геологическая среда. Опыты подтвердили, что складки, в которые была бы изогнута система параллельных геометрических поверхностей, не имеющих физического значения и лишь позволяющих обнаружить деформацию, путем продольного изгиба не возникают (кстати, в отличие от поперечного).

Для возникновения продольного изгиба и для дальнейшего нарастания деформации необходимо, чтобы концы удлиненного тела сближались.

Мне бы еще раз хотелось подчеркнуть два момента: в основе любых складок лежит деформация изгиба (хотя изгибом механизм формирования складок отнюдь не исчерпывается). Она осуществляется при укорочении, а точнее, сближении концов любых пластообразных, обычно слоистых, тел. Эти вещи только кажутся очевидными. На самом деле до сих пор пользуются популярностью (хотя уже давно раскритикованы) представления об ином происхождении складок (складки скалывания, течения, в том числе ламинарного течения и т.п.).

Совершенно безразлично, в ходе каких движений происходит упомянутое сближение. Например, в геологической обстановке оно может осуществляться, если слой или жила пересекают под острым углом зону простого сдвига. Если происходит сдвигание, возникает складка или серия складок (модель процесса изображена на рис….). Иногда ошибочно считают, что образование этих складок обязано собственно сдвиганию (неравномерному перемещению в направлении сдвига материальных волокон плоского тела). На самом деле благодаря сдвигу концы тела просто сближаются, что приводит его в состояние неустойчивого равновесия, и оно испытывает обычный продольный изгиб.