(一)变形
物体受到力的作用后，其内部各点间的相对位置发生改变，称为变形(deformation)。变形可以是体积的改变，也可以是形状的改变，或两者均有改变。线变形和剪变形是两种最基本的变形形式。在受力物体内取一微小正六面体，若该六面体边长发生改变(伸长或缩短)，称为线变形(linear deformation)，也称正变形，表现为单纯的拉伸或压缩(图3－8a);若正六面体的直角发生改变(变为锐角或钝角)，称为剪变形(shear deform-ation)，也称角变形，表现为内部任意截面都旋转了一个角度(图3－8b)。
图3－8 线变形和剪变形示意图
(二)应变
应变(strain)表示物体受力变形的程度，分为线应变和剪应变两种。
1.线应变
线应变(linearstrain)是指物体受力发生线变形以后，所增加或缩短的长度与变形前长度的比值:
构造地质学
式中:ε纵为物体受纵向应力作用后的纵向应变量，以%表示。在构造地质学中，规定由压应力产生的ε正为正，由张应力产生的ε张为负。
线应变还可以用直线的长度比S或直线长度比的平方λ来度量。直线的长度比S是指变形后与变形前的长度比:
构造地质学
直线的长度比的平方为:
构造地质学
式(3－11)和(3－12)中的S、λ、ε纵都是度量直线的相对变化值。已知其中一个量，就能计算出另外两个量。实验证明，岩石在单纯的压缩或拉伸中，不仅沿受力方向会有纵向线应变，而且在与受力的垂直方向上也会有横向线应变。当岩石纵向被压缩，则横向就会出现拉伸;当岩石纵向被拉伸则横向又会出现压缩。横向线应变的公式是:
构造地质学
横向应变量ε横也以%表示;并规定压缩为正，拉伸为负。
实验还证明，对同一均质的岩石试件来说，当受到单独的压缩或拉伸时，在弹性变形范围内，横向线应变与纵向应变的比值是个常数:
构造地质学
或
构造地质学
式(3－14b)中的“－”表示，横向线应变与纵向线应变的方向相反;μ为岩石的泊松比(Poisson's ratio)。每种岩石都有自己的泊松比，一般均不超过0.5。岩石的这种性质称为泊松效应，它对解释岩石的变形具有重要意义。例如，岩石中的许多张节理，就是因为受到侧向压应力作用而产生泊松效应，在其垂直方向上诱导产生拉伸引起的。
2.剪应变
剪应变(shear strain)是指物体在剪应力或扭应力作用下，内部原来相互垂直的两条微小线段所夹直角的改变量。它是用物体变形时旋转角度的正切值来度量的，所以又称为角应变(angular strain)。如图3－8b所示，物体原来的形状为abcd，变形后成为a'b'cd。原来与cd直线垂直的ab直线旋转了一个γ角，变成了a'd直线。γ角的正切值即为剪应
变量，其公式为:
构造地质学
如果物体是在弹性变形范围内发生的微量变形，γ角极小，则ad≈a'd。所以，剪应变也可以用γ角的弧度来度量。
在构造地质学中规定，逆时针旋转的剪应变为正，顺时针旋转的剪应变为负。
(三)应变椭球体
在变形前的连续介质中任意划定一个圆球体，当介质发生均匀变形时，圆球体变成了椭球体，这种椭球体称为应变椭球体(strainellipsoid)(图3－9)。应变椭球体有三个互成直角的对称面，这些平面相交于椭球体的三个主直径，这些主直径的方向叫应变主方向。取λ1方向平行于椭球的最大直径(A轴)，椭球在λ1方向的半径是
构造地质学
和λ3方向分别是椭球的中间直径(B轴)和最短直径(C轴)的方向，而构造地质学
和构造地质学
分别是这些方向的椭球半径，λ1、λ2和λ3的值叫主应变。通过椭球并包含任意两个主方向的平面叫应变的主平面(主应变面)，它们与应变椭球相交成椭圆。应变椭球的特性之一，就是变形后的这些应变主方向在变形前也是正交的。对于分别平行应变主方向的λ1、λ2和λ3的坐标轴x、y和z，在应变椭球体上各点的坐标与主应变的关系由式(3－16)给出:构造地质学
三个主半径不等的应变椭球体都有两个过中心的截面，它们与椭球相交成圆，这些圆叫应变椭球体的圆截面。它们彼此相交于应变的中间主方向，而且分别与λ1方向成相等的夹角。对于三轴应变椭球体，圆截面所包含的线有相等的变形，即在圆截面内所有的直线缩短或伸长距离相等。例如，一个平行圆截面切开的化石贝壳看起来在形态上完全没有变形，只是比原始尺寸增大或缩小。
图3－9 应变椭球体
严格地说，上述应变椭球体的概念是只适用于均匀变形，即应变椭球体在变形体的所有部分均具有相同的形状和方位，而且各个球体都完全变成椭球。但在非均匀变形情况下，也可以用一个应变椭球体来代表某一点的应变。因此应变椭球体是适用于任何一种变形的，无论其应变大小如何，也无论它属于任何一种材料。