应力场、构造应力场、应力轨迹和应力集中
任何物体或岩体中的每一点都有对应于该点的瞬时应力状态，一系列点的瞬时应力状态构成一个空间应力场。如果应力场中各点的应力状态相同，则称为均匀应力场。如果各点的应力状态不同，且应力状态从一点到另一点发生变化，则称为非均匀应力场。
构造应力场是指地壳一定范围内的瞬时应力状态。构造应力场中应力的分布和变化是连续的、有规律的。构造应力场的研究是为了揭示一定范围内内应力的分布和变化规律，从而推断区域地壳运动的方式和方向。根据应力场与构造发育的制约关系，推断可能出现在什么地方，出现什么构造。
构造应力场按其研究对象的规模可分为局部构造应力场、区域构造应力场和全球构造应力场。在时间上，构造应力场可分为古构造应力场和现代构造应力场。古构造应力场只能从地壳内存在的构造及其组合特征进行分析和推断；现代构造应力场可以用仪器测量。这本书主要论述古构造应力场。
构造应力场中的应力状态可以用应力轨迹来表示，也称应力轨迹或应力网络，它定性地表示了主应力和最大剪应力的作用方向。图3-12A和c分别是主应力迹线图(或主应力迹线图或主应力网络图)和最大剪应力迹线图。应力轨迹可通过光弹性模拟实验和计算方法获得。在地质构造的研究中，往往根据地质构造的分布，求出各点的主应力轴方向，然后用光弹性模拟实验或数学模拟方法进行验证。
图3-12应力场中的应力轨迹
主应力的a轨迹(σ1)和声称应力(σ3)；b——单元A的纯剪应力摩尔圆；c-最大剪应力轨迹
正应力和剪应力轨迹的形状在一定程度上反映了应力的分布。应力的分布与某些边界条件密切相关，例如力的性质、大小和方向以及受力岩块边界的几何形状。影响构造应力场的各种边界条件只能从构造本身的物质组成、形态特征、分布和组合规律来推断。因此，各种地质构造及其组合特征的野外研究是分析构造应力场的重要基础。图3-13是应力轨迹与边界条件的关系，不同的边界条件应力轨迹不同。图3-13A上图中，只有主张应力σ3的轨迹和单轴拉伸时最大剪应力的轨迹；另一方面，在图3-13 B的上图中，单向挤压条件下只有主压应力σ1和最大剪应力轨迹。当边界条件发生变化时，形成的构造应力场会随着边界条件发生变化，从而引起构造形态及其力学性质的转变。
图3-13单轴拉伸应力轨迹(a)和单轴挤压应力轨迹(b)
虚线表示主张应力σ3的轨迹，虚线表示主压应力σ1的轨迹；细实线表示最大剪应力τmax轨迹。
在漫长的地质历史过程中，一个地区往往受到多次地壳运动的影响，导致同一地区不同时期、不同构造应力场形成的各种地质构造叠加或改造。研究者的一个重要任务就是尽可能准确地区分不同时期的构造应力场及其形成的构造，并进行分期和匹配，从而还原构造变形的历史。
研究构造应力场，除实际观测和理论分析外，还可以用光弹性模拟实验来验证现场观测和理论分析的正确性。光弹性模拟是某种透明各向同性体(如明胶)受外力变形时的一种光弹性效应。由于各向同性体受力变形后会变成非各向同性体，呈现出反映正交偏振下应力特征的干涉图像。以此为基础可以画出主应力轨迹和最大剪应力轨迹(图3-14)。因此，光弹性模拟实验是了解物体内部应力分布特征的重要模拟实验方法。
图3-14构造应力场光弹性模拟实验
(根据马进等1965，修改)
a、C、E有附加侧向拉力；b、d、f有附加侧压力；根据干涉色确定的a、b剪应力分布图
(图中数字为剪应力分级值)；c和d是主要的应力迹线；e和f是最大剪应力迹线。
1 ——最小主应力σ3的轨迹；2—最大主应力σ1的轨迹；3-右侧最大剪应力迹线；4—左侧最大剪应力迹线；5-力的方向。
根据材料力学的计算，当一个物体上有孔洞、缺口或微裂纹时，就会在那里产生局部应力集中。岩体中裂隙较多，因此应力集中现象是地壳中的普遍现象，它影响着构造应力场中的应力分布。
当岩体和岩层中存在早期断层，再次发生构造变形时，早期断层附近最容易发生应力集中，特别是在断层带的末端、拐点、分支点、交错点和交点处。上述结构件中的应力集中现象可以通过光弹性模拟实验来模拟。根据叶弘等人(1973)的实验研究，如果断层交汇处附近两条断层的切割深度存在明显差异，容易造成应力集中(图3-15A)；如果两条断层的切割深度没有明显差异，一般不容易在断层交汇处附近引起应力集中(图3-15A)。再比如断层的弧形拐点和褶皱拐点。在同样的外力作用下，虽然应力集中部位都在拐点线之外，但数值不同(图3-15B)。
图3-15单向压力下的剪应力等值线图(显示应力集中位置的平面图)
(根据叶弘等人，1973)
此外，先存裂隙岩体受力后的应力集中也与应力条件密切相关。如果拉伸方向垂直于预先存在的断裂面，则断裂面两端会产生应力集中区；另一方面，如果压力方向垂直于预先存在的断裂面，则不会有应力集中区。其次，还与岩石的力学性质有关。当岩石处于韧性状态时，虽然有预存的裂隙，但不容易引起应力集中；相反，当岩石较脆时，容易在预先存在的裂缝处引起应力集中。应力集中的研究对地震、水文、工程等地质工作有一定的意义。