柱狀玄武巖

據(jù)臺(tái)灣《聯(lián)合報(bào)》報(bào)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(dá)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(xiàn)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(diào)查的紀(jì)錄，海底柱狀玄武巖應(yīng)是首次被發(fā)現(xiàn)。

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

鄭明修率領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)在大磽北方海底調(diào)查珊瑚礁、魚群的生長狀況，當(dāng)氧氣瓶快要用完，準(zhǔn)備往南游回船上時(shí)，“一回頭，赫然看到前方黑壓壓的一片”。研究團(tuán)隊(duì)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(diào)查，形容“抬頭看，就像看到一片城墻”，遮擋了原本應(yīng)該是深藍(lán)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(nèi)有海膽、黑蝶貝、水螅蟲附著。

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

臺(tái)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(dāng)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(huì)成為著名的景點(diǎn)。2100433B

當(dāng)稠密的熔巖流冷卻并從垂直角度進(jìn)行收縮時(shí)，它就會(huì)沿著與熔巖流動(dòng)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(shù)情況下，它們會(huì)形成非常規(guī)則的六邊形，就好像人工加工的一樣標(biāo)準(zhǔn)。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(rèn)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(jié)構(gòu)有所不同，但它們都以同樣迷人的方式形成的，那就是當(dāng)熔巖噴射接觸空氣或水時(shí)就會(huì)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(shè)在水下。巨人之堤列為世界自然遺產(chǎn)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(xiàng)目以西南高山峽谷地區(qū)大型水電工程建設(shè)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(dòng)荷載特性，分析了開挖擾動(dòng)荷載作用下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷開裂機(jī)制，揭示了開挖擾動(dòng)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(yīng)力場瞬態(tài)調(diào)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(dòng)下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷判據(jù)以及開挖損傷區(qū)巖體參數(shù)的預(yù)測方法。研究成果可為爆破開挖擾動(dòng)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(jù)和分析模型，在我國大型水利水電工程建設(shè)、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應(yīng)用前景。結(jié)合項(xiàng)目研究，發(fā)表論文14篇，其中SCI收錄5篇，EI收錄3篇，授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)，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(zhì)成因復(fù)雜，地表侵蝕卸荷嚴(yán)重，柱狀節(jié)理玄武巖廣泛分布，目前準(zhǔn)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(xué)特征，屬于典型的非貫通節(jié)理巖體。本項(xiàng)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(shí)效特性，模擬柱狀節(jié)理的生成過程，并且根據(jù)現(xiàn)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(yàn)不僅獲得了柱狀節(jié)理玄武巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與基本的力學(xué)特性，同時(shí)解釋柱狀節(jié)理玄武巖各向異性的形成機(jī)制，確定了原生節(jié)理傾角對柱狀節(jié)理玄武巖強(qiáng)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(xué)特性、洞室邊墻與頂拱的破壞模式。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場觀測結(jié)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(xué)行為與破壞模式，建立了CRDM本構(gòu)模型，并在3DEC平臺(tái)上開發(fā)了本構(gòu)模型。利用建立的本構(gòu)模型對白鶴灘柱狀節(jié)理試驗(yàn)洞開挖過程進(jìn)行了模擬，通過現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬的比較可以發(fā)現(xiàn)，D-CRDM模擬方法可以很好的模擬柱狀節(jié)理玄武巖的力學(xué)特性，并且能夠解釋現(xiàn)場巖體的失穩(wěn)機(jī)理。根據(jù)柱狀節(jié)理玄武巖在不同應(yīng)力環(huán)境的力學(xué)特性與破壞模式，建議白鶴灘水電站洞室群的支護(hù)應(yīng)以鋼筋混凝土襯砌支護(hù)為主，錨桿支護(hù)為輔，這與傳統(tǒng)的支護(hù)方式有一定的差別，并通過現(xiàn)場工程支護(hù)的實(shí)際情況證明了該支護(hù)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(xué)特性也在不斷有新的進(jìn)展與發(fā)現(xiàn)，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(yīng)用的科研成果。 在基金資助的三年內(nèi)，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