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分类号 TU4 密级 无 UDC（DDC） 624 学号 0520402214 博 士 学 位 论 文以工程为例 指导教师姓名： 教授 教授级高工 河海大学岩土工程研究所 南京市西康路1号 申请学位级别： 博 士 专业名称： 岩 土 工 程 论文提交日期： 2009 年 10 月 论文答辩日期： 2009年 12 月 1日 学位授予单位和日期： 河 海 大 学 答辩委员会主席： 教授 论文评阅人： 院士 院士 、 教授 、 教授 、 教授 2009 年 12 月 中国南京分类号 TU4 密级 无 UDC（DDC） 624 学号 0520102214 博 士 学 位 论 文 指导教师姓名： 教授 河海大学岩土工程研究所 南京市西康路1号 申请学位级别： 博 士 专业名称： 岩 土 工 程 论文提交日期： 2008 年 9 月 论文答辩日期： 2008年 10 月 9 日 学位授予单位和日期： 河 海 大 学 答辩委员会主席： 教授 论文评阅人： 院士 、 教授 、 教授 教授 、 教授 、 教授 2008 年 9 月 中国南京ROCK MECHANICS OF IRREGULAR COLUMNAR JOINTED BASALTIC MASS AND ITS APPLICATION IN HIGH SLOPE AND DAM FOUNDATIONDissertation Submitted toHoHai UniversityIn Fulfillment of the RequirementsFor the Degree ofDoctor of Engineering SciencebyHaitang(Research Institute of Geotechnical Engineering)Dissertation Supervisor:Professor Professor September, 2009 Nanjing, P. R. China分类号（中图法） TU4 UDC（DDC） 624 密级 无 论文作者姓名 学号 0520402214 单位 河海大学 论文中文题名 论文中文副题名 无 论文英文题名 Rock mechanics of irregular columnar jointed basaltic mass and its application in high slope and dam foundation 论文英文副题名 无 论文语种 汉语 论文摘要语种 汉、英 论文页数 240 论文字数 约14 (万)论文主题词 柱状节理 、各向异性 、地质强度指标 、三维地质可视化、水电站、双曲拱坝、高边坡、坝基、三维离散单元法 申请学位级别 博士 专业名称 岩土工程 研究方向 岩石力学与工程 指导教师姓名 院士 导师单位 河海大学岩土工程研究所 教授 导师单位 河海大学岩土工程研究所 论文答辩日期 2009 年 10 月 日 第3章 总结与展望学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。论文作者（签名）： 年 月 日学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权河海大学研究生院办理。论文作者（签名）： 年 月 日13前 言。本文以工程为研究对象，对进行综合分析，就问题进行了研究，提出研究对策和处理对策，主要创新点如下：1）。2）。3）本文的研究获以下项目资助：n 国家自然科学基金项目（）：；n 国家重点基础研究发展规划项目（973）：；n 教育部科学技术研究重点项目（重点）：；n 公司重大科技项目：（专题）。摘 要本文以为主要研究对象，就经常遇到的具有共性的问题进行了归纳分析。进而基于工程实践，对问题进行了交代，探讨了，确定了，并在此基础上提出了研。主要研究工作及成果如下：（1）。（2）。（3）。关键词：柱状节理；混凝土双曲拱坝；三维离散元法；边坡；坝基；洞室；AbstractPermian Emei Mountain basalt is a principal rock type used for building foundations of hydropower engineering projects in southwest China. Many large-size hydropower stations have been constructed or are being constructed on it. As undulating and irregular columnar joints enriched in the inner of basaltic mass, its anisotropic problem and size effect are significant. The problems of columnar jointed basaltic mass have immediate or indirect effect on many hydropower engineering projects, and it is very predominant at Baihetan hydropower station. The purpose of this paper is to solve the important and difficult structural mechanical problem of columnar jointed rock mass and to service for the whole Baihetan hydropower project. Based on the discussion of columnar jointed bastic mass, qualitly of rockmass, anisotropic constitutive equations, numerical analysis method are studied systematically.（1）Based on analyzing common columnar joint constitution, this paper has analyzed the geologic origin, geometric characteristics, physical and mechanical properties of columnar joints at Baihetan hydropower station, then a classification method of irregular columnar jointed basaltic mass by rock mechanical property is proposed. According to the shortage of columnar jointed basaltic project case and comparative studies, the similar cases at home and aborad are introduced to and compared with Baihetan columnar jointed bastic mass. Based on the cause of formation, characteristic of colonnade and in site test results, the Handford Basalt Waste Isolation Project launched by U.S Department of Energy are compared with the columnar jointed basaltic mass in Baihetan Power station. RMR and GSI are adopted to envalute the deformation modulus and strength parameters for columnar jointed basalt at Baihetan hydropower station, and they get well consistency with the in situ tests.（2）According to the similarity in prismatic geometrical structure between the honeycomb core material and columar jointed basalt which are both two-phase composite material, the composite mechanics is introduced into basaltic mass. Based on the Hills composite elastic theory and Goodmans superposition principle of multiply joints, the stress concentration of imtermittent joints and cross coupling effect on the off-axis are taken into account. 。Keywords: columnar joints, anisotropism, GSI, 3D visualization of geological structures, Baihetan Hydropower Project, double curvature arch dam, high rock slope, dam foundation, three-dimensional discrete element method目 录前 言I摘 要IIIAbstractV目 录VII第1章一级标题Ctrl+Alt+111.1二级标题Ctrl+Alt+211.1.1三级标题Ctrl+Alt+311.2图片、表和公式自动编号11.2.1图片排版（Alt+1、2、3）11.2.2表格排版（Alt+4、5、6、7、8）31.2.3公式排版（Alt+）41.3Office的度量单位41.4分节符的使用6第2章文献编排92.1文献录入9第3章总结与展望113.1本文结论11附录A：本文所采用的符号及简称说明13个人简历（无编号一级标题）14致 谢（引自网上）15参考文献17第1章 一级标题Ctrl+Alt+11.1 二级标题Ctrl+Alt+2体验多级列表样式，感受Word自动排版、自动编号带来的便捷！这里郑文棠(Haitang)提供了河海大学的博士论文标准模板。目录标题采用分级样式、图表公式采用自动编号、参考文献采用域形式、排版正文按首页和奇偶页不同。新一章正文从奇数页开始，页眉页脚自动提取一级标题，且奇偶页不同。1.1.1 三级标题Ctrl+Alt+3模板集成了快捷键，如一级标题Ctrl+Alt+1、二级标题Ctrl+Alt+2、三级标题Ctrl+Alt+3、四级标题Ctrl+Alt+3、正文Ctrl +。 四级标题Ctrl+Alt+4图片、表格和公式排版采用题注自动编号、交叉索引。图片排版快捷键盘Alt+1、2、3。表格排版快捷键盘Alt+4、5、6、7。公式排版快捷键Alt+。1.2 图片、表和公式自动编号1.2.1 图片排版（Alt+1、2、3）插入图片编号，点击“引用”“插入题注”“新建标签”。插入图片中文编号，点击“引用”“插入题注”“图”。插入图片英文编号，点击“引用”“插入题注”“Fig.”。交叉引用表格，点击“引用”“交叉引用”“图”。在“引用内容”中选择只有标签和编号（图 1.1）。鼠标移动至图 1.1上出现提示，按Ctrl键并用鼠标点击，自动链接到图片。这种交叉索引的好处就是增删和移动图片，Word会自动更新编号顺序。 排版单张图片（Alt+1、2、3）插入单张和多张图片时，图片的排版采用居中，快捷键Alt+3。两张图片以上建议采用表格形式加入图片。否则插入题注时会出现题注顺序不一致的现象。图 1.1 图名Alt+1、英文图名Alt+2、图片居中Alt+3、黑体5号、段前后0.25行Fig. 1.1 Shortcutkeys Alt+2 TimesNewRoman size 5 Before 0.25Rows, After 0.75Rows 排版多张图片（多个中英文题注）（Alt+1、2、3）(a) 表格固定高度0.6cm(b) “图”样式(c) 消除边框底纹图 1.2 图名Alt+1图 1.3 图名Alt+1图 1.4 图名Alt+1Fig. 1.2 English Alt+2 English Alt+2Fig. 1.3 English Alt+2Fig. 1.4 English Alt+2采用表格来排版图片可以控制图片和题注的平均分布，否则插入题注时会出现题注顺序不一致的现象。如Fig. 1.2 English Alt+2 English Alt+2在一行中无法写完，不采用表格的形式，必须断字并回车换行，显然是不便于排版和美观。采用表来控制较长内容题注的换行，显然是大快人心的！表格排版图片和直接排版的效果是相同的，建议采用表格来排版存多个图形，这样容易控制均匀排版，美观大方。他们之间的稍微差别在于图名题注和英文名题注之间的间距。采用表格形式时，图名题注和英文名题间距注稍微增大。 排版复杂的组合图片（多个图例说明）插入图片的时候，注意按宽度或高度进行裁剪。可采用ACDSee进行尺寸缩放和固定尺寸裁剪。表格中的中英文题注注意设置固定宽度以保证美观性。(a) 玄武熔岩流lava(b) 规则六边形柱状节理岩体（c）高纵横比的规则柱状节理岩体图 1.5 柱状节理岩体的几何体征Fig. 1.5 Displacement distributions of underground powerhouse surrounding rockmass1.2.2 表格排版（Alt+4、5、6、7、8）表 1.1 国内外著名的柱状节理岩体景观Alt+4Table. 1.1 Notable columnar basalts in scenic spot or project Alt+5景点地点柱状节理描述Nan MadolPohnpe波纳佩群岛公元1500年前的柱状节理玄武岩建筑Giants CausewayNorthern Ireland北爱尔兰的巨人阶梯，以规则六边形柱面著称Devils PostpileCalifornia美国加利福尼亚东部魔鬼柱，以高纵横比著称Skaftafell Parks ColonnadeIceland冰岛Skaftafell国家公园柱状节理瀑布Fingals cave entranceScotland苏格兰Staffa岛芬格尔山洞Samsons ribsScotland苏格兰hollod公园节理柱(圣经故事中的参孙肋骨)Basalt Waste Isolation ProjectHandford美国哥伦比亚高原汉佛核废料存储工程火山岩神柱云南腾冲中国规模最大、最完整的二叠纪柱状节理群，最早相关文字记载见于明代徐霞客游记中衢江节理石浙江衢州约5000万根石柱，形成于晚侏罗世-早白垩世注：以上资料由Haitang收集（首行缩进一个字符，段前0.2行，快捷键Alt+7。插入表格编号，点击“引用”“插入题注”“新建标签”。插入表格编号，点击“引用”“插入题注”“表”。插入表格编号，点击“引用”“插入题注”“Table”。交叉引用表格，点击“引用”“交叉引用”“表”。（如表 1.1）。一个美观大方的表采用“三条线”，首尾边框线1.5磅，第二条线1.0磅。与表排版相关的快捷键如下：表中文名排版格式：Alt+4；表英文名排版格式：Alt+5；表中文字的排版格式：Alt+6；表后注释的排版格式：Alt+7，表后与正文空一倍行距：Alt+8。1.2.3 公式排版（Alt+）插入公式，采用无标签的题注。排版格式快捷键为Alt+7。公式段落采用1.5倍行距，段前段后0.25行距。让公式居中的小窍门是在公式前后输入一个Tab键。（1.1）式（1.1）中：Fs代表安全系数。注意这里的式（1.1）是交叉引用了书签。在交叉引用公式的时候，绝不可以直接交叉引用公式题注，会出很多问题。应该先将公式题注制作成书签，然后再交叉引用书签。此法甚妙，一劳永逸。书签是加以标识和命名的位置或选择的文本，以便以后引用。例如，您可以使用书签来标识需要日后修订的文本。使用“书签”对话框，就无需在文档中上下滚动来定位该文本。选择要为其指定书签的项目，或单击要插入书签的位置。单击“插入”菜单中的“书签”命令。在“书签名”下，键入或选择书签名。书签名必须以字母开头，可包含数字但不能有空格。可以用下划线字符来分隔文字，建议统一为“gs_a01”。Gs代表公式，a代表第一章，b代表第二章，以此类推。01代表第一个公式，02代表第二个公式，以此类推。1.3 Office的度量单位Office软件的度量单位有：厘米、毫米、磅(1厘米约等于28.35磅)、英寸和十二点活字(1个十二点活字等于12磅)五种。从Word 2000起引入了一种新的度量单位：字符单位。字符单位可以设置段落格式，如缩进、页边距、行距、字符间距、标尺等。这对于中文文字的处理特别有用，因为许多人在日常写作中有在段落起始处缩进两个字符的习惯。如果以字符为单位，就不必担心因改变了字体、字号等造成格式上的混乱。中文Word中，对字体的大小同时采用了2种不同的度量单位，其一是我们中国人所熟悉的“字号”（如“二号字”、“五号字”等）；另外一种则是以“磅”为度量单位（如“44磅”、“10磅”等）。当用“字号”作为字的度量单位时，“字号”越大字越小。最大字的字号为“初号”，最小字的字号为“八号”；当用“磅”作为字的度量单位时，“磅”值越大字越大。最大字的磅值为“72磅”，最小字的磅值为“5磅”。也就是说，用户所能使用的字的大小范围只能在5磅72磅之间选择。但“72磅”的最大值显然不能满足需要。好在Word中提供了插入艺术字的功能，插入艺术字大小的范围为8磅96磅。而且艺术字的大小是可以放大和缩小的。表 1.2 常见字号的对应度量值Table. 1.2 Common size of words初号小初一号小一二号小二三号小三四号小四五号小五磅值4236262422181615141210.59厘米1.481.270.920.850.780.640.560.530.490.420.370.32字间距及字的提升或降低单位均为磅，但字间距的磅值可以带一位小数，而字的提升或降低都必须以整数磅为单位。控制页边距、字间距或段落间距时，可输入数字，也可以指定度量单位，例如直接输入：“1毫米”、“1cm”、“1厘米”、“1英寸”、“1像素”、“1十二点活字”、“1磅”都可以。l 1英寸25.4mm6个十二点活字72磅96像素。l 1像素3/4磅127/480mm1/16十二点活字1/96英寸。l 1mm2.8346磅。l 1倍行距12磅4.23333mm16像素。0.75倍行距9磅-1行行距=12磅-正文段落1.3倍行距，段前段后0行距。首行缩进2字符，宋体小四。 0.75倍行距 = 9 磅 在Word中控制字体大小的快捷键如下：l 逐磅放大：Ctrll 逐磅缩小：Ctrll 快速放大：CtrlShiftl 快速缩小：CtrlShiftl 改变字号：CtrlShiftP1.4 分节符的使用为什么使用节？在写博士论文里中，我们会碰到很多种排版要求：l 新的一章从奇数页码开始；l 设置奇数页眉和偶数页眉，如奇数页页眉显示博士论文名字，偶数页页眉显示各章节标题名字。同时为了美观，我们常常要求每一章的第一页不显示页眉;l 如果我们要插入一个横向排版的A4图片，或者是A5的CAD图片呢？单击【文件】菜单中的【页面设置】命令，然后单击【版 式】选项卡，会出现【页面设置】对话框。选择首页不同，奇偶页不同，点击应用到本节。我们已经对各级标题采用了多级编号。由于要求每一页的页眉（奇偶也不同）与本章的章标题对应。所以使用【插入】中的【域StyleRef】，选择【标题一样式】。选择显示编号，再重新插入一个【标题一样式】选择显示域文本。对插入一个横向排版的页面，应采用插入分节符下一页。然后在页面设置中设置纸张方向，选择横向排版。这种分节设置不影响本章内题注的自动编号，但影响了页眉。由于横向排版这个页面的页眉格式是继存了上一节的排版格式，表现为首页无页眉，然后奇偶页不同。因此在这里需要取消与上一节的格式关联，取消首页无页眉的设置即可。图 1.6 美国魔鬼柱（高纵横比柱状节理岩体地质景观）Fig. 1.6 Jointed Basaltic mass in American第2章 文献编排2.1 文献录入采用医学文献王管理文献是一个一劳永逸的妙招。其强大的导入功能，覆盖了多种索引格式，一般期刊搜索引擎都支持RIS格式，如EI、SCI和ASCE。医学文献王对国内的数据库以维普数据库最佳，CNKI则需一个转换插件，上网搜吧。注意：90年后的大部分土木工程的期刊可在SCI搜索引擎中下载全文。l SCI/l EI/l ASCE/l Wiley/l Google/l 中国科学院国家科学图书馆/选择自己关注领域的期刊，下载Citation，保存成txt文本文件。启动医学文献王，建立不同研究领域的文件夹，导入Citation。论文期间，很多未能下载全文的外文期刊，其摘要信息也是很有帮助的。建议使用医学文献王管理论文各章节的引用文献。采用医学文献王是一个不错的办法，且便于全文链接管理。缺点是医学文献王编录200个以上的文献引用时，更新太慢。单篇引用1多篇引用2- 6跳跃引用3, 6第3章 总结与展望3.1 本文结论本文以为主要研究对象，就经常遇到的具有共性的问题进行了归纳分析。进而基于工程实践，对问题进行了交代，探讨了，确定了，并在此基础上提出了研。主要研究工作及成果如下：（1）。（2）。（3）。附录A：本文所采用的符号及简称说明n 力学符号对应的张量形式和矩阵形式符号张量形式矩阵形式零阶张量(标量)一阶张量(矢量)或二阶张量(张量)四阶张量(张量)n 柱状节理岩体采用的方位和各向异性符号及对应的物理意义：柱状节理岩层的倾向角或方位角；：柱状节理岩层倾斜柱体与铅直方向的夹角，柱体倾伏角：柱状节理材料主轴与岩层倾向的转向角；与、和相关的二阶坐标变换张量，即66的坐标变换矩阵； 与、和相关，以X-Y-Z为当前坐标系的二阶柔度系数张量，即66的柔度系数矩阵；：平行柱状节理柱体方向的弹性（变形）模量，代表平行柱体轴向；：垂直柱状节理柱体方向的弹性（变形）模量；代表垂直柱体轴向；：铅直加载方向（垂直于洞室底板）的弹性（变形）模量；：水平加载方向（垂直于洞室侧壁）的弹性（变形）模量。n 本文采用的简称及对应的全称说明华东院：中国水电工程顾问集团华东勘测设计研究院；ECIDI：East China Investigation and Design Institute；ECFB：峨眉山大陆溢流玄武岩Emeishan Continental Flood Basalts；BWIP：Basalt Waste Isolation Project；CRWG：Columbia River Basalt Group。个人简历（无编号一级标题）个人简介：攻读博士学位期间发表的论文：致 谢（引自网上）作者在读硕/博期间，得到了导师L先生的精心指导。L老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，与无微不至、感人至深的人文关怀，令人如沐春风，倍感温馨。一股暖意细水长流，源自内心而又淌遍全身，岂是三言两语能够说得清，道得明的。我恨我无法用准确生动的语言来淋漓尽致地描述自己的真实感受，只好将它深深地埋在心底，化作一道虔诚的祝福：愿导师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助过我的师长。我的周围是一群风华正茂的有志青年，终日沉溺于学术，偶尔游历于山水。指点江山直抒胸臆，青梅煮酒，纵论英雄。与之朝夕相处，不由然不为之动容，意气风发而高扬起青春的旗帜，生活的风帆。乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海，他们永远是我高歌猛进的力量之源。谢谢你们，我亲爱的兄弟姐妹。我的父亲T先生，母亲S女士，姐姐T小姐崇尚知识，热爱生活，对我影响至深，对我的学业也给予了极大的鼓励与支持。尤其是我年老多病的父母，不顾身虚体弱、心力憔悴，不顾因庞大的医疗支出而捉襟见肘的拮据生活，毅然决然地表示即使是节衣缩食，再辛苦，再清贫也要全力支持我去S读自费博士。可怜天下父母心，平凡而伟大的亲情为何如此执着，为了儿女的前途竟然忘乎所以视自己于无物？遇到这样的父母我还能说些什么？无语间不禁潸然泪下，请恕孩儿未能膝前尽孝，让你们把心都操碎了。古人云：“羊跪乳，鸦反哺。”今后我将竭尽所能，加倍补偿这份一辈子也还不清的深情。最后，我要向我端庄娴熟，智慧明敏，温柔体贴而又美丽大方的妻子我的香香公主表达深得无法形容的谢意。是你无怨无悔，用脆弱的双肩肩负起沉重的负担；是你任劳任怨，用纤细的双手操持着繁琐的家务；是你尽心尽力，用虔诚的孝心呵护着年迈的父母；是你有情有义，用温馨的电波慰籍着孤独的丈夫。嘘寒问暖，儿女情长，使我既无相思之苦，亦无后顾之忧。两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书，得以潜心研究小波理论，并写出这篇论文。毋庸置疑，它是我们爱的结晶。虽相守多年，然东奔西跑，聚少离多，颠沛流离，天隔一方。你没有过上几天好日子，全因我没有尽到一个丈夫应尽的责任。我愧疚让你做出如此重大的牺牲，承受如此辛酸的苦楚。但你始终情比金坚，这在现实主义盛行且物欲横流的今天是多么难能可贵啊！回首往事，我欠你实在太多太多，因而现在更懂得去珍惜这份来之与守之不易的情感。我为有你这样的妻子而骄傲，我为有你这样的内子而自豪。取妻若此，夫复何求？不过，冬天到了春天还会远吗？请相信我：牛奶会有的，面包也会有的