柱状玄武岩

据台湾《联合报》报道，在澎湖北方海域的大硗屿海底有一处开口朝西北、呈微笑状的柱状玄武岩，长度达200公尺，高约10公尺，每枝石柱的直径约1公尺，节理明显宛如“海底城墙”。

发现它的“中央研究院”生物多样性中心研究员郑明修说，这片海域以前没有任何研究调查的纪录，海底柱状玄武岩应是首次被发现。

这处壮观海底奇景的发现，纯属意外。郑明修原本是为调查寒害对澎湖海域生态的影响，由于北方海域受损较严重，5月时，特别前往澎湖极北的大硗屿附近潜水调查。这里的水流湍急，时常有船只触礁发生船难，上面有一座无人灯塔，但平时除了渔民，潜水的人不多。

郑明修率领研究团队在大硗北方海底调查珊瑚礁、鱼群的生长状况，当氧气瓶快要用完，准备往南游回船上时，“一回头，赫然看到前方黑压压的一片”。研究团队成员，资深潜水教练郭道仁看到后，心中的第一句话是：“我的妈呀！”他原本在距水底约1公尺的地方调查，形容“抬头看，就像看到一片城墙”，遮挡了原本应该是深蓝的海水颜色。

郑明修表示，这座柱状玄武岩的顶部离水面约3公尺，可以看到玄武岩特殊的五角和六角型柱状节理，节理上有圆管星珊瑚群体、藤壶、牡蛎蛤附生，缝隙内有海胆、黑蝶贝、水螅虫附着。

郑明修说，他的专长虽不是地质，但潜入海中就喜欢“东看、西看、乱看”，才会有这次意外的发现。他也感慨许多学生自我设限，“到了海中，研究珊瑚的只看珊瑚，研究鱼的只看鱼”。

台大地理系教授林俊全说，玄武岩地形在陆上和水面下都不少。玄武岩在水中通常是“枕状熔岩”，当熔岩流在水底喷发后，急速冷却成椭圆或圆球状。但柱状玄武岩若规模够“壮观”，往往还是会成为著名的景点。2100433B

当稠密的熔岩流冷却并从垂直角度进行收缩时，它就会沿着与熔岩流动方向相垂直的角度裂开，使其形成非常规则的几何形状。在大多数情况下，它们会形成非常规则的六边形，就好像人工加工的一样标准。全球最著名的柱状玄武岩是爱尔兰海岸的巨人堤道，但是最大和被公众广泛认可的柱状玄武岩则是美国怀俄明州的魔鬼塔。虽然这些玄武岩的结构有所不同，但它们都以同样迷人的方式形成的，那就是当熔岩喷射接触空气或水时就会形成这样的柱状玄武岩。

巨人之堤玄武岩柱状节理景观是巨人之堤是玄武岩柱状节理形成的一种景观位于爱尔兰安特里姆群西北海岸大约在5000万年前火山喷发溢出炽热的玄武岩流，逐渐冷却收缩呈六边形或五边形的裂缝。

从而形成规则六边形或五边形石柱.即柱状节理-沿着海岸线的玄武岩石柱，犹如一道通向大海的天然阶梯。石柱宽度约为0.45m左右，高出海平面6〜12m，约有千根石柱，也有部分隐设在水下。巨人之堤列为世界自然遗产中国也有许多玄武岩石柱景观，如南京六合，福建漳州牛头山、大嶂山，云南腾冲等地。

本项目以西南高山峡谷地区大型水电工程建设为背景，针对坝基、边坡及洞室柱状节理玄武岩岩体爆破开挖，研究了柱状节理玄武岩中爆破开挖扰动荷载特性，分析了开挖扰动荷载作用下柱状节理玄武岩的损伤开裂机制，揭示了开挖扰动荷载在岩体中的传播规律以及柱状节理玄武岩岩体应力场瞬态调整的过程，建立了爆炸荷载与开挖荷载瞬态卸荷耦合作用下柱状节理玄武岩的开裂分析模型，提出了爆破开挖扰动下柱状节理玄武岩的损伤判据以及开挖损伤区岩体参数的预测方法。研究成果可为爆破开挖扰动下柱状节理玄武岩的变形分析和稳定控制提供理论依据和分析模型，在我国大型水利水电工程建设、交通工程建设等领域具有广阔的工程应用前景。结合项目研究，发表论文14篇，其中SCI收录5篇，EI收录3篇，授权发明专利2项，培养硕士研究生7人。 2100433B

川滇两省是我国水电开发的主要地区，由于该地区地质成因复杂，地表侵蚀卸荷严重，柱状节理玄武岩广泛分布，目前准备兴建的白鹤滩水电站就位于该地区。柱状节理玄武岩具有明显的非连续、易断裂与各向异性力学特征，属于典型的非贯通节理岩体。本项目以柱状节理玄武岩为研究对象，利用水、石膏与河砂的混合物作为柱状节理玄武岩的相似材料，借助石膏凝固的时效特性，模拟柱状节理的生成过程，并且根据现场柱状节理的几何特性，制成截面为四边形与六边形的相似模型。通过单轴压缩试验不仅获得了柱状节理玄武岩的应力-应变曲线与基本的力学特性，同时解释柱状节理玄武岩各向异性的形成机制，确定了原生节理倾角对柱状节理玄武岩强度与变形影响。而后，通过大量的原位变形观测与钻孔摄像检测，获得柱状节理卸荷过程中的力学特性、洞室边墙与顶拱的破坏模式。根据室内试验与现场观测结果，确定了柱状节理玄武岩加载与卸荷过程中岩体的力学行为与破坏模式，建立了CRDM本构模型，并在3DEC平台上开发了本构模型。利用建立的本构模型对白鹤滩柱状节理试验洞开挖过程进行了模拟，通过现场监测结果与数值模拟的比较可以发现，D-CRDM模拟方法可以很好的模拟柱状节理玄武岩的力学特性，并且能够解释现场岩体的失稳机理。根据柱状节理玄武岩在不同应力环境的力学特性与破坏模式，建议白鹤滩水电站洞室群的支护应以钢筋混凝土衬砌支护为主，锚杆支护为辅，这与传统的支护方式有一定的差别，并通过现场工程支护的实际情况证明了该支护方法的正确性。目前，白鹤滩工程还在施工过程中，不断揭露的柱状节理临空面越来越多、面积越来越大，柱状节理玄武岩的卸荷力学特性也在不断有新的进展与发现，力求在该基金的资助下继续做一些探索性的研究，获得更多有助于工程应用的科研成果。 在基金资助的三年内，撰写著作1本，发表十余篇论文，其中SCI检索3篇，EI检索2篇，培养研究生3名。 2100433B