地质构造是地层或岩石受力变形的产物。要深入研究地质构造的发生、发展的规律及其形成原因，需要学习和了解有关固体岩石变形的力学基础知识。
一、力的性质
（一）外力、内力的概念
力是物体间的相互作用，它可改变物体的位置、运动速度、形状和大小等。力是矢量，既有大小，又有方向，在构造分析中可用平行四边形法则进行力的分解和合成。
对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的力称为外力。
外力可分为面力和体力：面力是通过接触面而作用于该物体的力；体力是该物体内每个质点都受到的外力，它不是通过接触，而是相隔一定距离的相互作用，如太阳与地球之间的吸引力、物体本身的重力等都是体力。
内力是同一物体内部各部分之间的相互作用力。物体是由无数质点组成的，在未受到外力作用时，其内部各质点就存在相互作用的力，使各质点处于相对平衡状态并保持一定的形状，这种力称为物体的固有内力。当物体受到外力作用时，其内部各质点的相对位置发生变化，其间的作用力也发生改变并达到新的平衡。这种外力引起内力的变化的改变量称为附加内力。附加内力阻止物体继续变形并力图恢复其物体原状。当外力增大时，附加内力也随之增大，如果超过一定的限度，物体就会被破坏。本情境着重讨论的是与物体发生变形和破坏有关的附加内力，下面所说的内力都是指附加内力。
内力和外力是一个相对概念，视研究物体的范围而定。如在地壳运动中，一部分岩块或地块推挤另一部分岩块或地块，就后者对前者来说，是受到了外力的作用，但就这个地壳来说，其间的相互作用力，则仍属于内力范畴。
（二）应力及其表示方法
内力的表示和测定方法如图3-1所示，当外力P作用于物体时，物体内部便产生与外力作用相抗衡的作用力p。设想将此物体沿着某一截面A切开，取出物体一部分而保留另一部分对截面A的作用力p，这时该截面A上的内力p与外力P大小相等、方向相反。在内力均匀分布的情况下，作用于单位面积A上的内力称为应力（以σ表示）。如图3-1中，单位面积A面上的应力为：
地质构造识别与分析
应力的国际单位是帕［斯卡］（Pa），1Pa＝10-6MPa＝10-9GPa。
由式（3-1）可知，应力就是受力物体内部单位截面积上的内力值。
图3-1 外力和内力关系示意图
研究固体岩石受力变形时，虽然固体岩石受力条件往往是复杂的，内部是不均匀的，在同一截面上产生的应力必然是不均匀的。但是，在一定范围内，可以简化固体岩石受力的条件，把固体岩石看成是均匀的，从而求出固体岩石内部任一截面上的平均应力，则可以把该截面上的每个很小的面积ΔA上的内力Δp看成是均匀的，那么，在ΔA面积上的应力为：
地质构造识别与分析
图3-2 内力的分解
（据徐开礼等，1989）
在物体内任取一个与外力作用方向不垂直的一小截面dF，作用于截面dF上的内力为dp，根据平行四边形法则，将内力dp分解为垂直于截面的分力dN和平行于截面的分力dT（图3-2），那么，作用于截面dF上的合应力σf为：
地质构造识别与分析
垂直于截面dF上的应力称为正应力σ，又称直应力，根据应力的定义，正应力的定义式为：
地质构造识别与分析
平行于截面dF上的应力称为剪应力τ，又称切应力，根据应力的定义，剪应力的定义式为：
地质构造识别与分析
如果外力P作用于与其正交的截面上时，则此截面上的应力已表示于式（3-1）中。此正应力称为主应力。主应力作用面称主平面，主应力的作用方向线称主应力轴。
作用于固体岩石上的力，往往是成对出现的。当两个力作用在同一条直线上、大小相等、方向相向时，称为压力或称压缩力；当两个力作用在同一条直线上、大小相等、方向相背时，称为张力或称拉伸力；两个大小相等、方向相反，但不作用在同一条直线上的力，称为剪切力或称力偶力。习惯上，在地质构造分析中规定：压力为正，张力为负；它们的作用会使物体受到压缩或拉伸。顺时针转动的剪应力为负，逆时针转动的剪应力为正；它们的作用会导致物体发生转动或剪切滑动。
二、单轴应力状态分析
（一）应力状态
应力状态系指受力物体内部通过某点截面上应变力的性质、方向、大小和分布状况。一般说，物体受力后，其内部质点和不同方位截面上的应力分布是不同的。研究受力物体内部某点的应力状态，通常是以通过该点三个相互垂直的截面上应力的分布来表示。如所取截面和力的作用方向垂直，则截面上只有正应力即主应力σ作用，而无剪应力τ作用（图3-3）。当作用于物体上三对主应力都相等时，该物体仅体积发生改变，而其形状是不变的；若当三对主应力不等时，物体就会发生形状变化。这时三对主应力分别称为最大主应力σ1、中间主应力σ2和最小主应力σ3。σ1与σ3之差称为应力差。同一物体在其他条件都相同时，应力差越大，所引起的变形越大。
图3-3 单元体的三对主应力方位
（据徐开礼等，1989）
图3-4 三轴应力椭球体
（据W.D.Means，1976）
当主应力σ1＞σ2＞σ3，并且符号相同时，就可以根据一点的主应力矢量σ1、σ2、σ3为半径做出一个椭球体，该椭球体就代表作用于该点的全应力状态，这一椭球称为应力椭球体（图3-4A）。应力椭球体的三个主轴称为主应力轴。沿三个主应力平面切割椭球体的三个椭圆称应力椭圆（图3-4B）。
一般常见的应力状态有：
（1）三轴应力状态：指三个主应力都不为零，可表示为：σ1＞σ2＞σ3，也称体应力状态。
（2）双轴应力状态：指两个主应力值不等于零，可表示为：σ1＞σ2＝0＞σ3，也称平面应力状态。
（3）单轴应力状态：指一个主应力值不等于零，另两个主应力值为零。单轴压缩可表示为：σ1＞σ2＝σ3＝0。
地质工作者在野外化繁为简，常运用单轴应力状态来分析变形。如地堑形成认为是地壳受到水平拉伸力而造成的结果，而大部分褶皱的形成认为是地壳受到水平挤压力造成的结果。
（二）单轴应力状态分析
单轴应力状态分析是探讨物体在单轴应力状态下，其内部任一截面上剪应力、正应力与主应力的关系，参见图3-5。设作用于物体上的外力为 P1，内力为p1，那么，垂直于作用力的截面A0上的主应力为：
图3-5 斜截面上的应力分解示意图
地质构造识别与分析
在与作用力P1或内力p1斜交的截面Aα上，设正应力为σ，剪应力为τ，其合应力σA为：
地质构造识别与分析
斜截面Aα与主平面A0的交角为α，此角亦等于截面的法线与合应力σA或主应力σ1相交的角度。该角度分正、负值，现规定从主应力轴顺时针方向到截面法线量出的为负值，逆时针方向量取的为正值。此时斜截面Aα与主平面A0的关系是：Aα＝A0/cosα。
在单轴应力状态下，主应力σ1与正应力σ和剪应力τ的关系，可用下列数学公式表示：
地质构造识别与分析
分析以上两式可得出以下结论：
（1）从式（3-8）中可以看出，当α＝0°时，cos2α＝1，则σ＝σ1；当α＝0°～90°时，cos2α＜1，则σ＜σ1。表明与挤压力方向垂直的截面上正应力值最大（在拉伸状态下，以负值表示）。
（2）从式（3-9）可以看出，当α＝0°时，sin2α＝0，则＝0。表明在与拉伸或挤压力方向垂直的截面上，无剪应力的作用。
（3）从式（3-9）可以看出，当α＝45°或α＝135°时，sin2α＝1，则
（4）当α＝90°时，据式（3-8）和式（3-9）分别算得σ＝0，τ＝0。表明在与作用力方向平行的截面上，既无正应力，也无剪应力。
三、应力集中
应力集中系指由于物质内部的缺陷引起的局部应力集中。
地壳就像打碎了的盘子，到处都被断裂分划或透入，它在地表纵横交错，在地下盘根错节。因此，地壳中常见应力集中，如断裂端点、拐点、分叉点、交叉点，常孕育破坏性的地震。
例如：日常生活中，我们用钢笔（蘸水笔）写字，也会发生应力集中，为防破裂，在笔尖上方挖一个洞，就是为了释放应力。此外，篮球设计为圆形也是为了达到应力集中的效果。