柱狀玄武巖

據臺灣《聯(lián)合報》報道，在澎湖北方海域的大磽嶼海底有一處開口朝西北、呈微笑狀的柱狀玄武巖，長度達200公尺，高約10公尺，每枝石柱的直徑約1公尺，節(jié)理明顯宛如“海底城墻”。

發(fā)現它的“中央研究院”生物多樣性中心研究員鄭明修說，這片海域以前沒有任何研究調查的紀錄，海底柱狀玄武巖應是首次被發(fā)現。

這處壯觀海底奇景的發(fā)現，純屬意外。鄭明修原本是為調查寒害對澎湖海域生態(tài)的影響，由于北方海域受損較嚴重，5月時，特別前往澎湖極北的大磽嶼附近潛水調查。這里的水流湍急，時常有船只觸礁發(fā)生船難，上面有一座無人燈塔，但平時除了漁民，潛水的人不多。

鄭明修率領研究團隊在大磽北方海底調查珊瑚礁、魚群的生長狀況，當氧氣瓶快要用完，準備往南游回船上時，“一回頭，赫然看到前方黑壓壓的一片”。研究團隊成員，資深潛水教練郭道仁看到后，心中的第一句話是：“我的媽呀！”他原本在距水底約1公尺的地方調查，形容“抬頭看，就像看到一片城墻”，遮擋了原本應該是深藍的海水顏色。

鄭明修表示，這座柱狀玄武巖的頂部離水面約3公尺，可以看到玄武巖特殊的五角和六角型柱狀節(jié)理，節(jié)理上有圓管星珊瑚群體、藤壺、牡蠣蛤附生，縫隙內有海膽、黑蝶貝、水螅蟲附著。

鄭明修說，他的專長雖不是地質，但潛入海中就喜歡“東看、西看、亂看”，才會有這次意外的發(fā)現。他也感慨許多學生自我設限，“到了海中，研究珊瑚的只看珊瑚，研究魚的只看魚”。

臺大地理系教授林俊全說，玄武巖地形在陸上和水面下都不少。玄武巖在水中通常是“枕狀熔巖”，當熔巖流在水底噴發(fā)后，急速冷卻成橢圓或圓球狀。但柱狀玄武巖若規(guī)模夠“壯觀”，往往還是會成為著名的景點。2100433B

當稠密的熔巖流冷卻并從垂直角度進行收縮時，它就會沿著與熔巖流動方向相垂直的角度裂開，使其形成非常規(guī)則的幾何形狀。在大多數情況下，它們會形成非常規(guī)則的六邊形，就好像人工加工的一樣標準。全球最著名的柱狀玄武巖是愛爾蘭海岸的巨人堤道，但是最大和被公眾廣泛認可的柱狀玄武巖則是美國懷俄明州的魔鬼塔。雖然這些玄武巖的結構有所不同，但它們都以同樣迷人的方式形成的，那就是當熔巖噴射接觸空氣或水時就會形成這樣的柱狀玄武巖。

巨人之堤玄武巖柱狀節(jié)理景觀是巨人之堤是玄武巖柱狀節(jié)理形成的一種景觀位于愛爾蘭安特里姆群西北海岸大約在5000萬年前火山噴發(fā)溢出熾熱的玄武巖流，逐漸冷卻收縮呈六邊形或五邊形的裂縫。

從而形成規(guī)則六邊形或五邊形石柱.即柱狀節(jié)理-沿著海岸線的玄武巖石柱，猶如一道通向大海的天然階梯。石柱寬度約為0.45m左右，高出海平面6?12m，約有千根石柱，也有部分隱設在水下。巨人之堤列為世界自然遺產中國也有許多玄武巖石柱景觀，如南京六合，福建漳州牛頭山、大嶂山，云南騰沖等地。

本項目以西南高山峽谷地區(qū)大型水電工程建設為背景，針對壩基、邊坡及洞室柱狀節(jié)理玄武巖巖體爆破開挖，研究了柱狀節(jié)理玄武巖中爆破開挖擾動荷載特性，分析了開挖擾動荷載作用下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷開裂機制，揭示了開挖擾動荷載在巖體中的傳播規(guī)律以及柱狀節(jié)理玄武巖巖體應力場瞬態(tài)調整的過程，建立了爆炸荷載與開挖荷載瞬態(tài)卸荷耦合作用下柱狀節(jié)理玄武巖的開裂分析模型，提出了爆破開挖擾動下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷判據以及開挖損傷區(qū)巖體參數的預測方法。研究成果可為爆破開挖擾動下柱狀節(jié)理玄武巖的變形分析和穩(wěn)定控制提供理論依據和分析模型，在我國大型水利水電工程建設、交通工程建設等領域具有廣闊的工程應用前景。結合項目研究，發(fā)表論文14篇，其中SCI收錄5篇，EI收錄3篇，授權發(fā)明專利2項，培養(yǎng)碩士研究生7人。 2100433B

川滇兩省是我國水電開發(fā)的主要地區(qū)，由于該地區(qū)地質成因復雜，地表侵蝕卸荷嚴重，柱狀節(jié)理玄武巖廣泛分布，目前準備興建的白鶴灘水電站就位于該地區(qū)。柱狀節(jié)理玄武巖具有明顯的非連續(xù)、易斷裂與各向異性力學特征，屬于典型的非貫通節(jié)理巖體。本項目以柱狀節(jié)理玄武巖為研究對象，利用水、石膏與河砂的混合物作為柱狀節(jié)理玄武巖的相似材料，借助石膏凝固的時效特性，模擬柱狀節(jié)理的生成過程，并且根據現場柱狀節(jié)理的幾何特性，制成截面為四邊形與六邊形的相似模型。通過單軸壓縮試驗不僅獲得了柱狀節(jié)理玄武巖的應力-應變曲線與基本的力學特性，同時解釋柱狀節(jié)理玄武巖各向異性的形成機制，確定了原生節(jié)理傾角對柱狀節(jié)理玄武巖強度與變形影響。而后，通過大量的原位變形觀測與鉆孔攝像檢測，獲得柱狀節(jié)理卸荷過程中的力學特性、洞室邊墻與頂拱的破壞模式。根據室內試驗與現場觀測結果，確定了柱狀節(jié)理玄武巖加載與卸荷過程中巖體的力學行為與破壞模式，建立了CRDM本構模型，并在3DEC平臺上開發(fā)了本構模型。利用建立的本構模型對白鶴灘柱狀節(jié)理試驗洞開挖過程進行了模擬，通過現場監(jiān)測結果與數值模擬的比較可以發(fā)現，D-CRDM模擬方法可以很好的模擬柱狀節(jié)理玄武巖的力學特性，并且能夠解釋現場巖體的失穩(wěn)機理。根據柱狀節(jié)理玄武巖在不同應力環(huán)境的力學特性與破壞模式，建議白鶴灘水電站洞室群的支護應以鋼筋混凝土襯砌支護為主，錨桿支護為輔，這與傳統(tǒng)的支護方式有一定的差別，并通過現場工程支護的實際情況證明了該支護方法的正確性。目前，白鶴灘工程還在施工過程中，不斷揭露的柱狀節(jié)理臨空面越來越多、面積越來越大，柱狀節(jié)理玄武巖的卸荷力學特性也在不斷有新的進展與發(fā)現，力求在該基金的資助下繼續(xù)做一些探索性的研究，獲得更多有助于工程應用的科研成果。 在基金資助的三年內，撰寫著作1本，發(fā)表十余篇論文，其中SCI檢索3篇，EI檢索2篇，培養(yǎng)研究生3名。 2100433B