Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Зерттеу нысаны ретінде Суй-Чунцин темір жолының еңісін алсақ, топырақтың меншікті кедергісі, топырақтың электрохимиясы (коррозия потенциалы, тотығу-тотықсыздану потенциалы, потенциалды градиент және рН), топырақ аниондары (жалпы еритін тұздар, Cl-, SO42- және) және топырақтың қоректенуі. фосфор, қолда бар калий) Әртүрлі беткейлерде коррозия дәрежесі жасанды топырақтың жеке көрсеткіштері мен кешенді көрсеткіштері бойынша бағаланады. Басқа факторлармен салыстырғанда, еңісті қорғау торының коррозиясына су ең көп әсер етеді, одан кейін аниондық құрамы бар. Жалпы еритін тұз тотықтан қорғауға, коррозия режиміне орташа әсер етеді. беткейлерді қорғау торының коррозиясы. Топырақ үлгілерінің коррозия дәрежесі жан-жақты бағаланды, ал жоғарғы беткейлерде коррозия орташа болды, ал орта және төменгі беткейлерде коррозия күшті болды. Топырақтағы органикалық заттар ықтимал градиентпен айтарлықтай корреляцияланды. топырақтың қоректік заттардың таралуы еңіс түріне жанама түрде байланысты.
Темір жолдарды, тас жолдарды және су шаруашылығы нысандарын салу кезінде тау саңылаулары жиі болады. Оңтүстік-батыстағы тауларға байланысты Қытайдың теміржол құрылысы таудың көп қазылуын қажет етеді. Ол бастапқы топырақ пен өсімдіктерді бұзады, ашық жартасты беткейлерді жасайды. Бұл жағдай көшкіндерге, осылайша теміржол көлігінің бұзылуына және эрозияға қауіп төндіреді. әсіресе 2008 жылғы 12 мамырдағы Вэньчуань жер сілкінісінен кейін жол қозғалысы үшін өте нашар. Көшкіндер кең таралған және ауыр жер сілкінісі апатына айналды1. 2008 жылы Сычуань провинциясындағы 4243 шақырым негізгі магистральдық жолды бағалауда жол төсемдерінде және еңіс тіреу қабырғаларында 1736 ауыр жер сілкінісі апаты болды, бұл бағалаудың жалпы ұзақтығының 39,76%-ын құрады. Жолдың зақымдануынан келген тікелей экономикалық шығын 25 миллиард юаньдан асты. Жер сілкінісінен кейінгі геоқауіптер кем дегенде 10 жылға (Тайвандағы жер сілкінісі) және тіпті 40-50 жылға дейін созылуы мүмкін (Жапониядағы Канто жер сілкінісі) 4,5. Градиент жер сілкінісі қаупіне әсер ететін негізгі фактор болып табылады6,7. Сондықтан жолдың еңісін сақтау және оның тұрақтылығын күшейту қажет. Қалпына келтіру8.Кәдімгі топырақ беткейлерімен салыстырғанда, тау жыныстарының беткейлерінде органикалық заттар, азот, фосфор және калий сияқты қоректік факторлардың жинақталуы жоқ және өсімдіктердің өсуіне қажетті топырақ ортасы жоқ. Үлкен көлбеу және жаңбыр эрозиясы, еңіс топырақ сияқты факторлардың әсерінен өсімдіктердің өсуіне қажетті жағдайлар оңай жоғалады. Көлбеу топырағының тірек тұрақтылығы жоқ9. Еңісті қорғау үшін топырақты жабу үшін негізгі материалмен көлбеу бүрку – менің елімде жиі қолданылатын еңісті экологиялық қалпына келтіру технологиясы. Бүрку үшін пайдаланылатын жасанды топырақ қиыршық тастан, ауылшаруашылық жерінің топырағынан, сабаннан, құрама тыңайтқыштан, суды сақтайтын агенттен және желімдік органикалық заттардан тұрады. асфальт эмульгаторы) белгілі бір пропорцияда. Техникалық процесс: алдымен жартастың үстіне тікенді сым төсеу, содан кейін тікенді сымды тойтармалармен және анкерлік болттармен бекіту, ең соңында арнайы бүріккішпен тұқымы бар жасанды топырақты беткейге шашу. диаметрі 2 мм. Металл тор топырақ матрицасына тау жыныстарының бетінде берік монолитті плитаны қалыптастыруға мүмкіндік береді. Металл тор топырақта коррозияға ұшырайды, өйткені топырақтың өзі электролит болып табылады және коррозия дәрежесі топырақтың сипаттамаларына байланысты. Топырақ коррозиясының факторларын бағалау, металдарды жою және жою үшін үлкен маңызға ие. көшкін қаупі.
Өсімдік тамырлары беткейлерді тұрақтандыруда және эрозияны бақылауда шешуші рөл атқарады10,11,12,13,14. Таяз көшкіндерге қарсы беткейлерді тұрақтандыру үшін өсімдіктерді қолдануға болады, өйткені өсімдік тамырлары көшкіндердің алдын алу үшін топырақты бекіте алады15,16,17. Ағаш өсімдіктер, әсіресе ағаштар, тайыз жерлерді қорғауға көмектеседі18. Топырақта қадалар ретінде әрекет ететін өсімдіктердің тік және бүйірлік тамыр жүйелері. Тамыр архитектурасының үлгілерінің дамуы гендермен қозғалады және бұл процестерде топырақ ортасы шешуші рөл атқарады. Металдардың коррозиясы топырақтың ортасына байланысты өзгереді20. Топырақтағы металдардың коррозия дәрежесі жеткілікті жылдам еруден бастап, өте елеусіз әсерге дейін өзгеруі мүмкін. Табиғи топырақтардың сыртқы орта мен әртүрлі организмдердің ондаған миллиондаған жылдардағы өзара әрекеттесуінің нәтижесі22,23,24. Ағаш өсімдіктері тұрақты тамыр жүйесі мен экожүйені қалыптастырмай тұрып, металл тордың тау жыныстарының еңісімен және жасанды топырақпен бірігіп қауіпсіз жұмыс істей алуы табиғи ортаның дамуына, тіршілік ортасының қауіпсіздігіне және экологияның жақсаруына тікелей байланысты.
Алайда, металдардың коррозиясы үлкен шығындарға әкелуі мүмкін. 1980-ші жылдардың басында Қытайда химиялық машина жасау және басқа салаларда жүргізілген зерттеуге сәйкес, металл коррозиясынан болатын шығындар жалпы өнім көлемінің 4% құрады. Сондықтан коррозия механизмін зерттеу және қорғау шараларын қабылдау үлкен маңызға ие. микроорганизмдер.Микробтық метаболиттер материалдарды коррозияға ұшыратуы мүмкін, ал адасу ағындары да коррозияға әкелуі мүмкін. Сондықтан топыраққа көмілген металдардың коррозиясын болдырмау маңызды. Қазіргі уақытта көмілген металл коррозиясына арналған зерттеулер негізінен (1) көмілген металл коррозиясына әсер ететін факторларға25; (2) металды қорғау әдістері26,27; (3) металл коррозиясының дәрежесін бағалау әдістері28; Әртүрлі орталардағы коррозия. Дегенмен, зерттеудегі барлық топырақтар табиғи болды және жеткілікті топырақ түзілу процестерінен өтті. Дегенмен, теміржол жыныстарының беткейлерінің жасанды топырақ эрозиясы туралы есеп жоқ.
Басқа коррозиялық орталармен салыстырғанда жасанды топырақ өтімділік, біркелкі емес, маусымдылық және аймақтық сипаттамаларға ие. Жасанды топырақтардағы металл коррозиясы металдар мен жасанды топырақ арасындағы электрохимиялық әсерлесуден туындайды. Туа біткен факторлардан басқа, металдың коррозиясының жылдамдығы қоршаған ортаның әртүрлі немесе коррозия сияқты жеке әсер ету факторларына байланысты. ылғалдылық, оттегі мөлшері, жалпы еритін тұз мөлшері, анион және металл иондарының мөлшері, рН, топырақ микробтары30,31,32.
30 жылдық тәжірибеде жартасты беткейлердегі жасанды топырақтарды біржола қалай сақтау керек деген мәселе көтерілді33. Топырақ эрозиясына байланысты 10 жыл қолмен күтім жасағаннан кейін кейбір беткейлерде бұталар немесе ағаштар өсе алмайды. Металл тордың бетіндегі кірді кей жерлерде шайып кетті. Коррозияның салдарынан кейбір металл торлар жарылып, оның астындағы барлық металл торлар жарылып кетті. Қазіргі уақытта теміржол беткейлерінің коррозиясына арналған зерттеулер негізінен теміржол қосалқы станциясының жерге қосу торының коррозиясына, жеңіл рельстің әсерінен пайда болатын ағынды ток тотығуына және темір жол көпірлерінің тоттануына34,35, жолдар мен басқа да көлік құралдарының тоттануына бағытталған36. Темір жолдың тоттануы туралы хабарламалар болған жоқ. Топырақтың қасиеттерін бағалау арқылы металдың коррозиясын болжауға және топырақтың экожүйесін қалпына келтіруге және жасанды қалпына келтіруге теориялық және практикалық негізді қамтамасыз етуге бағытталған Суйю темір жолының оңтүстік-батыс тау баурайындағы топырақ. Еңіс жасанды.
Сынақ алаңы Сычуаньның таулы аймағында (30°32′N, 105°32′E) Суинь вокзалының маңында орналасқан. Бұл аймақ Сычуань ойпатының ортасында, аласа таулар мен төбелермен, қарапайым геологиялық құрылымы мен тегіс жер бедерімен орналасқан. Эрозия, кесу және судың жиналуы негізінен ландшафттарды эрозияға ұшыратады және төбешіктер жасайды. төсеніш негізінен күлгін құм және балшықтан тұрады. Тұтастығы нашар, ал жынысы блокты құрылым. Зерттелетін аумақта ерте көктем, ыстық жаз, қысқа күз және қыстың аяғы маусымдық сипаттамалары бар субтропиктік ылғалды муссондық климат бар. Жауын-шашын мол, жарық және жылу ресурстары мол, аязсыз кезең орташа жылдық температура (28 миль, орташа температура 28 миль), 17,4°C, ең ыстық айдың орташа температурасы (тамыз) 27,2°C, ең жоғарғы максималды температурасы 39,3°C. Ең суық ай қаңтар (орташа температура 6,5°С), ең төменгі температура -3,8°C, жылдық орташа жауын-шашын мөлшері 920 мм, шілдеде және қыста, негізінен, тамызда және жазда жауын-шашын мөлшері көп. қатты өзгереді. Жылдың әр маусымындағы жауын-шашынның үлесі сәйкесінше 19-21%, 51-54%, 22-24% және 4-5% құрайды.
Зерттеу алаңы 2003 жылы салынған Ю-Суй темір жолының баурайында шамамен 45° еңіс болып табылады. 2012 жылдың сәуірінде ол Суйнинг теміржол вокзалынан 1 км қашықтықта оңтүстікке қарайды. Бақылау ретінде табиғи еңіс пайдаланылды. Баурайдың экологиялық қалпына келтірілуі экологиялық қалпына келтіру үшін шетелдік үстіңгі өңдеу топырақты бүрку технологиясын қабылдайды.Темір жол бойындағы еңістің биіктігіне сәйкес еңісті жоғары еңіс, ортаңғы еңіс және төмен еңіс деп бөлуге болады (2-сурет).Себебі, еңістің қалыңдығы шамамен 1 см. Топырақтың металл торының коррозия өнімдерінің ластануын болдырмау үшін біз топырақ бетін 0-8 см алу үшін тек тот баспайтын болаттан жасалған күректі пайдаланамыз. Әрбір еңіс позициясы үшін төрт көшірме орнатылды, әр көшірмеде 15-20 кездейсоқ сынама алу нүктелері бар. Әрбір көшірме 15-20 кездейсоқ S-тәрізді салмақ сызығынан кездейсоқ анықталған сынаманың қоспасы болып табылады. грам. Үлгілерді қайта өңдеу үшін полиэтилен ілгек қапшықтарында зертханаға әкеліңіз. Топырақ табиғи түрде ауада кептіріледі, ал қиыршық тас, жануарлар мен өсімдік қалдықтары іріктеліп, агат таяқшасымен ұсақталады және түйіршіктерден басқа 20 торлы, 100 торлы нейлон елеуішпен електен өткізіледі.
Топырақ кедергісі Shengli Instrument компаниясы шығарған VICTOR4106 жерге тұйықталу кедергісін сынау құралымен өлшенді; топырақтың меншікті кедергісі далада өлшенді; топырақ ылғалдылығы кептіру әдісімен өлшенді. DMP-2 портативті сандық mv/pH аспабы топырақ коррозия потенциалын өлшеуге арналған жоғары кіріс кедергісіне ие. Потенциалды градиент пен тотығу-тотықсыздану потенциалы DMP-2 портативті цифрлық mv/pH арқылы анықталды, топырақтағы жалпы еритін тұз қалдықты кептіру әдісімен анықталды, сондықтан ANO3 титрлеу әдісімен анықталды. (Мохр әдісі), топырақ сульфатының мөлшері жанама ЭДТА титрлеу әдісімен, топырақ карбонаты мен бикарбонатын анықтау үшін қос индикаторлық титрлеу әдісімен, топырақтың органикалық заттарын анықтау үшін калий бихроматты тотығуымен қыздыру әдісімен, топырақтың сілтілі гидролизі азотын анықтау үшін сілтілі ерітіндінің диффузиялық әдісімен, H2SO4-HCsmphosphosphorb жалпы түсімен анықталды. топырақтағы және топырақтағы қолда бар фосфор мөлшері Олсен әдісімен (экстрагент ретінде 0,05 моль/л NaHCO3 ерітіндісі), ал топырақтағы жалпы калий мөлшері натрий гидроксиді балқыту-жалындық фотометриямен анықталды.
Эксперименттік деректер бастапқыда жүйеленді. SPSS Statistics 20 орташа, стандартты ауытқу, бір жақты ANOVA және адам корреляциясын талдау үшін пайдаланылды.
1-кестеде әртүрлі беткейлердегі топырақтардың электромеханикалық қасиеттері, аниондары мен қоректік заттары берілген. Коррозия потенциалы, топырақтың меншікті кедергісі және әртүрлі беткейлердің шығыс-батыс потенциалының градиенті маңызды болды (P <0,05). Төменгі, орташа еңіс және табиғи еңістің тотығу-тотықсыздану потенциалдары маңызды болды (P <0,05, яғни рельстің градиентіне қарай потенциал). солтүстік-оңтүстік потенциал градиенті, еңіс>төменгі>орта еңіс.Топырақтың рН мәні төмен еңіс>төбешік>орта еңіс>табиғи еңіс ретімен болды.Жалпы еритін тұз, табиғи еңіс темір жол еңісінен айтарлықтай жоғары болды (P <0,05). Жалпы еритін тұздың мөлшері рельстің үшінші сорты мг0/кг жоғары. және жалпы еритін тұз металдың коррозиясына орташа әсер етеді. Топырақтың органикалық заттарының мөлшері табиғи еңісте ең жоғары және ең төменгі беткейде ең төмен болды (P < 0,05). Азоттың жалпы мөлшері орташа еңісте ең жоғары және ең төменгі беткейде ең аз болды; қол жетімді азот мөлшері еңіс пен орташа еңістікте ең жоғары, ал табиғи еңісте ең аз болды; темір жолдың еңіс пен еңісіндегі жалпы азот мөлшері төмен болды, бірақ қолда бар азот мөлшері жоғары болды. Бұл жоғары және төмен қарай органикалық азоттың минералдану жылдамдығының жылдам екенін көрсетеді. Қолда бар калий мөлшері қолда бар фосформен бірдей.
Топырақ кедергісі электр өткізгіштігін көрсететін көрсеткіш және топырақ коррозиясына баға беретін негізгі параметр болып табылады. Топырақ кедергісіне әсер ететін факторларға ылғалдылық, жалпы еритін тұз мөлшері, рН, топырақ құрылымы, температура, органикалық заттар, топырақ температурасы және герметика жатады. Жалпы айтқанда, коррозияға төзімділігі төмен және төзімділігі төмен топырақтар. Judge топырақ коррозиясы әртүрлі елдерде жиі қолданылатын әдіс болып табылады. 1-кестеде әрбір жеке индекс үшін коррозия дәрежесін бағалау критерийлері көрсетілген37,38.
Менің елімдегі сынақ нәтижелеріне және стандарттарына сәйкес (1-кесте), егер топырақтың коррозияға қабілеттілігі тек топырақтың меншікті кедергісі арқылы бағаланса, еңістегі топырақ жоғары коррозияға ұшырайды; еңіс беткейдегі топырақ орташа коррозиялық; ортаңғы беткейде және табиғи еңістегі топырақтың коррозиялық қасиеті салыстырмалы түрде төмен.
Төбе баурайының топырақ кедергісі жаңбыр эрозиясынан туындауы мүмкін еңістің басқа бөліктеріне қарағанда айтарлықтай төмен. Беткейдегі топырақтың үстіңгі қабаты сумен бірге ортаңғы беткейге ағады, осылайша беткейдегі металл еңісті қорғау торы топырақтың үстіңгі қабатына жақын болады. Кейбір металл торлар ашық және тіпті ауада өлшенген болатын. сол жерде; қадалар аралығы 3 м; қадаларды қағу тереңдігі 15 см-ден төмен болды. Жалаңаш металл тор және қабыршақты тот өлшеу нәтижелеріне кедергі келтіруі мүмкін. Сондықтан топырақтың коррозиясын тек топырақтың меншікті кедергі индексі бойынша бағалау сенімсіз. Коррозияны кешенді бағалауда еңістің топырақтың меншікті кедергісі ескерілмейді.
Салыстырмалы ылғалдылықтың жоғары болуына байланысты Сычуань аймағындағы көпжылдық ылғалды ауа ауаға ұшыраған металл тордың топыраққа көмілген металл торға қарағанда қатты коррозияға ұшырауына әкеледі39. Сым тордың ауаға әсер етуі қызмет ету мерзімінің қысқаруына әкелуі мүмкін, бұл тау бетіндегі топырақтарды тұрақсыздандыруы мүмкін. Топырақтың жоғалуы өсімдіктердің, әсіресе өсімдіктердің, ағаштың жетіспеуінен ағаштың өсуін қиындатады. Топырақты қатайту үшін жоғары қарай тамыр жүйесін қалыптастыру қиын. Сонымен қатар, өсімдіктердің өсуі топырақтың сапасын жақсартуға және топырақтағы гумустың мазмұнын арттыруға мүмкіндік береді, бұл суды ұстап қана қоймай, сонымен қатар жануарлар мен өсімдіктердің өсуі мен көбеюі үшін жақсы ортаны қамтамасыз етеді, осылайша топырақтың жоғалуын азайтады. Сондықтан құрылыстың бастапқы кезеңінде ағаш тұқымдарын көбірек себу және суару агентін үздіксіз қосу керек. жаңбыр суымен беткейлік топырақтың эрозиясын азайту үшін қорғаныс пленкасы бар.
Коррозия потенциалы үш деңгейлі еңістегі еңісті қорғау торының коррозиясына әсер ететін маңызды фактор болып табылады және төбе баурайында ең үлкен әсер етеді (2-кесте). Қалыпты жағдайда коррозия потенциалы белгілі бір ортада көп өзгермейді. Айтарлықтай өзгеріс кезбе токтар әсерінен болуы мүмкін. Ағынды ағындар ағындарға жатады 441, сондықтан жол ортасына және 442. көліктер қоғамдық көлік жүйесін пайдаланған кезде. Тасымалдау жүйесінің дамуымен, менің елімнің теміржол көлігі жүйесі ауқымды электрлендіруге қол жеткізді және электрлендірілген темір жолдардан тұрақты токтың ағуынан туындаған көмілген металдардың коррозиясын елемеуге болмайды. Қазіргі уақытта топырақ потенциалының градиенті топырақта қалалық ағынның әлеуетті градиентінің төмен болуын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. 0,5 мв/м, адасқан ток аз; потенциалдық градиент 0,5 мв/м-ден 5,0 мв/м-ге дейінгі диапазонда болғанда, адасу ток орташа; әлеуетті градиент 5,0 мв/м жоғары болған кезде адасу ағымының деңгейі жоғары болады. Ортаңғы еңістің, жоғары және төмен еңістің потенциалдық градиентінің (EW) өзгермелі диапазоны 3-суретте көрсетілген. Қалқымалы диапазон тұрғысынан алғанда, ағыстың шығыс-батыс және солтүстік-оңтүстік бағытында орташа адасқан ағындар бар. ортаңғы еңіс пен төмен еңістегі металл торлардың коррозиясына әсер ететін маңызды фактор, әсіресе орташа еңісте.
Жалпы, топырақтың тотығу-тотықсыздану потенциалы (Eh) 400 мВ жоғары тотығу қабілетін көрсетеді, 0-200 мВ жоғары - орташа қалпына келтіру қабілеті, ал 0 мВ төмен - үлкен қалпына келтіру қабілеті. Топырақтың тотығу-тотықсыздану потенциалы неғұрлым төмен болса, топырақ микроорганизмдерінің металдарға коррозияға қабілеттілігі соғұрлым жоғары болады44. Потенциалды.Зерттеу нәтижесінде үш беткейдегі топырақтың тотығу-тотықсыздану потенциалы 500 мВ-тан жоғары, ал коррозия деңгейі өте аз екені анықталды. Бұл беткейлік жердің топырақ желдету жағдайы жақсы екенін көрсетеді, бұл топырақтағы анаэробты микроорганизмдердің коррозиясына қолайлы емес.
Алдыңғы зерттеулер топырақтың рН-ның топырақ эрозиясына әсері айқын екенін анықтады. рН мәнінің ауытқуымен металдық материалдардың коррозия жылдамдығы айтарлықтай әсер етеді. Топырақ рН мөлшері ауданмен және топырақтағы микроорганизмдермен тығыз байланысты45,46,47. Жалпы алғанда, топырақтағы металдың коррозияға әсері аздап қышқыл емес. айқын.Үш темір жол беткейінің топырақтары барлығы сілтілі, сондықтан металл тордың коррозиясына рН әсері әлсіз.
3-кестеден көрініп тұрғандай, корреляциялық талдау тотығу-тотықсыздану потенциалы мен көлбеу позициясы айтарлықтай оң корреляцияда (R2 = 0,858), коррозия потенциалы мен потенциалдық градиент (SN) айтарлықтай оң корреляцияда (R2 = 0,755), ал тотығу-тотықсыздану потенциалы мен потенциалдық градиент (SN) айтарлықтай оң корреляцияда (R2 = R0.5) айтарлықтай оң. Потенциал мен рН (R2 = -0,724) арасында елеулі теріс корреляция болды. Еңіс позициясы тотығу-тотықсыздану потенциалымен айтарлықтай оң корреляцияға ие болды. Бұл әр түрлі еңіс позицияларының микроорталарында айырмашылықтар бар екенін және топырақ микроорганизмдері тотығу-тотықсыздану потенциалымен тығыз байланысты екенін көрсетеді48, 49, 50. Оның редокс-потенциалымен рН55 қатынасы айтарлықтай теріс болды. рН және Eh мәндері топырақтың тотығу-тотықсыздану процесі кезінде әрдайым синхронды өзгермейтінін, бірақ теріс сызықты байланысқа ие екенін көрсетті. Металл коррозиясының потенциалы электрондарды алу және жоғалтудың салыстырмалы қабілетін көрсете алады. Коррозия потенциалы потенциалдық градиентпен (SN) айтарлықтай оң корреляцияланғанымен, потенциалдық градиент металдың электрондарды оңай жоғалтуынан туындауы мүмкін.
Топырақтың жалпы еритін тұз мөлшері топырақтың коррозиясымен тығыз байланысты.Жалпы айтқанда, топырақтың тұздылығы жоғары болған сайын топырақтың меншікті кедергісі төмендейді, осылайша топырақтың төзімділігі артады.Топырақ электролиттерінде тек аниондар мен әртүрлі диапазондар ғана емес, сонымен қатар коррозиялық әсерлер негізінен карбонаттар, хлоридтер және сульфаттар арқылы тікелей емес әсер етеді. металдардағы электродтық потенциалдың әсері және топырақ оттегінің ерігіштігі сияқты басқа факторлардың әсері53.
Топырақтағы еритін тұз-диссоциацияланған иондардың көпшілігі электрохимиялық реакцияларға тікелей қатыспайды, бірақ топырақтың кедергісі арқылы металдың коррозиясына әсер етеді. Топырақтың тұздылығы жоғары болған сайын, топырақтың өткізгіштігі соғұрлым күшті және топырақ эрозиясы күшейеді. Табиғи беткейлердегі топырақ тұздылығы темір жол беткейлерінен айтарлықтай жоғары, бұл табиғи беткейлерге байланысты болуы мүмкін. топырақ пен суды үнемдеуге қолайлы. Тағы бір себебі, табиғи еңістің піскен топырақ түзілуін бастан кешірген болуы мүмкін (тау жыныстарының бұзылуынан пайда болған топырақтың негізгі материалы), бірақ темір жол баурайындағы топырағы «жасанды топырақтың» матрицасы ретінде қиыршық тас сынықтарынан тұрады және жеткілікті топырақ түзілу процесінен өтпеді. Пайдалы қазбалар шығарылмаған.Сонымен қатар, табиғи беткейлердің терең топырағындағы тұз иондары жер үсті булану кезінде капиллярлық әсер арқылы көтеріліп, жер бетіндегі топырақта жинақталған, нәтижесінде жер бетіндегі топырақта тұз иондарының мөлшері артады.Темір жол баурайындағы топырақтың қалыңдығы 20 см-ден аз, нәтижесінде топырақтың үстіңгі қабатынан тұзды сіңіре алмайды.
Оң иондар (мысалы, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ және т.б.) топырақтың коррозиясына аз әсер етеді, ал аниондар коррозияның электрохимиялық процесінде маңызды рөл атқарады және металдың коррозиясына айтарлықтай әсер етеді.Cl− анодтың коррозиясын жеделдете алады және ең коррозиялық анион болып табылады; Cl− мөлшері неғұрлым жоғары болса, топырақ коррозиясы соғұрлым күшті болады. SO42− болаттың коррозиясына ықпал етіп қана қоймайды, сонымен қатар кейбір бетон материалдарының коррозиясын тудырады54. Сондай-ақ темірді коррозияға ұшыратады. Қышқыл топырақтың бірқатар тәжірибелерінде коррозия жылдамдығы топырақтың қышқылдығына пропорционалды екені анықталды55. Хлорид пен сульфат тікелей тұзданудың негізгі компоненттері болып табылады. металдар. Зерттеулер сілтілі топырақта көміртекті болаттың коррозиялық салмағының жоғалуы хлорид пен сульфат иондарының қосылуына пропорционалды дерлік екенін көрсетті56,57.Ли және т.б. SO42- коррозияға кедергі келтіруі мүмкін екенін анықтады, бірақ қазірдің өзінде қалыптасқан коррозия шұңқырларының дамуына ықпал етеді58.
Топырақтың коррозияға қабілеттілігін бағалау стандартына және сынақ нәтижелеріне сәйкес, әрбір еңісті топырақ үлгісіндегі хлорид ионының мөлшері 100 мг/кг-нан жоғары болды, бұл топырақтың күшті коррозиялық қасиетін көрсетеді. Тау және еңіс беткейлеріндегі сульфат ионының мөлшері 200 мг/кг жоғары және 500 мг/кг төмен болды, ал топырақтың сульфатты мөлшері орташа деңгейде болды. 200мг/кг төмен және топырақ коррозиясы әлсіз. Топырақ ортасының құрамында жоғары концентрация болған кезде, ол реакцияға қатысады және металл электродтың бетінде коррозия шкаласын тудырады, осылайша коррозия реакциясын баяулатады. Концентрация жоғарылағанда, шкала кенеттен бұзылуы мүмкін, осылайша коррозия жылдамдығын айтарлықтай жеделдетеді; концентрация арта берген сайын, коррозия шкаласы металл электродтың бетін жауып, коррозия жылдамдығы қайтадан баяулау тенденциясын көрсетеді59.Зерттеу топырақтағы мөлшердің аз болғанын және сондықтан коррозияға аз әсер еткенін көрсетті.
4-кестеге сәйкес еңіс пен топырақ аниондарының арасындағы корреляция еңіс пен хлорид иондары арасында айтарлықтай оң корреляция (R2=0,836), ал еңіс пен жалпы еритін тұздар арасында (R2=0,742) айтарлықтай оң корреляция бар екенін көрсетті.
Бұл топырақтағы жалпы еритін тұздардың өзгеруіне жер үсті ағыны мен топырақ эрозиясы жауапты болуы мүмкін екенін көрсетеді. Жалпы еритін тұздар мен хлорид иондары арасында айтарлықтай оң корреляция болды, себебі жалпы еритін тұздар хлорид иондарының бассейні болып табылады және жалпы еритін тұздардың мазмұны хлоридтердегі ерітінділердегі айырмашылықты анықтайды. көлбеу металл тор бөлігінің қатты коррозиясын тудыруы мүмкін.
Органикалық заттар, жалпы азот, қолда бар азот, қолда бар фосфор және қол жетімді калий топырақтың сапасына және тамыр жүйесімен қоректік заттардың сіңуіне әсер ететін топырақтың негізгі қоректік заттары болып табылады. Топырақтың қоректік заттары топырақтағы микроорганизмдерге әсер ететін маңызды фактор болып табылады, сондықтан металл коррекциялары мен коректік заттардың арасында бар-жоғын зерттеген жөн. Темір жол құрылысы 2003 жылы аяқталды, яғни жасанды топырақта органикалық заттардың жинақталуына небәрі 9 жыл болды. Жасанды топырақтың ерекшелігіне байланысты жасанды топырақтағы қоректік заттарды жақсы түсіну қажет.
Зерттеулер көрсеткендей, органикалық заттардың мөлшері бүкіл топырақ түзілу процесінен кейін табиғи еңісті топырақта ең жоғары болады. Төмен еңісті топырақта органикалық заттардың мөлшері ең аз болды. Ауа райының әсерінен және жер бетіндегі ағынды сулардың әсерінен топырақтың қоректік заттары еңістің ортасында және еңістің төменгі жағында жиналып, қарашіріндінің қалың қабатын құрайды. Дегенмен, топырақтың аз бөлігі және органикалық заттардың тұрақтылығы төмен болғандықтан, топырақтың тұрақтылығы төмен. микроорганизмдермен оңай ыдырайды.Зерттеу нәтижесінде ортаңғы және төмен еңістегі өсімдік жамылғысы мен алуан түрлілігі жоғары, бірақ біртектілігі төмен, бұл жер үсті қоректік заттардың біркелкі таралуына әкеліп соғуы мүмкін. Қарашіріктің қалың қабаты суды ұстап тұрады және топырақ организмдері белсенді. Осының барлығы органикалық заттардың ыдырауын тездетеді.
Баурайдың жоғары, орташа еңісті және төмен еңісті темір жолдарындағы сілті-гидролизденген азот мөлшері табиғи еңіске қарағанда жоғары болды, бұл теміржол беткейінің органикалық азот минералдану жылдамдығы табиғи еңіске қарағанда айтарлықтай жоғары екенін көрсетеді. агрегаттарда, ал минералданған органикалық азот бассейні неғұрлым көп болса60,61. 62 зерттеу нәтижелеріне сәйкес, темір жол беткейлерінің топырағындағы ұсақ бөлшектердің толтырғыштарының мөлшері табиғи беткейлерге қарағанда айтарлықтай жоғары болды. Сондықтан, тыңайтқыштардың, органикалық заттардың және рельстердің құрамын арттыру үшін тиісті шараларды қабылдау қажет. Топырақты тұрақты пайдалану. Беткейлік ағынды сулардан туындаған қолда бар фосфор мен қол жетімді калий қалдықтары темір жол баурайындағы жалпы жоғалтудың 77,27%-дан 99,79%-ға дейін құрады. Беткейлік ағындар еңіс топырақтардағы қолда бар қоректік заттардың жоғалуының негізгі қозғаушы күші болуы мүмкін63,64,65.
4-кестеде көрсетілгендей, көлбеу позициясы мен қолда бар фосфор (R2=0,948) арасында айтарлықтай оң корреляция болды, ал көлбеу жағдайы мен қол жетімді калий арасындағы корреляция бірдей болды (R2=0,898). Бұл көлбеу позициясы топырақтағы қол жетімді фосфор мен калийдің мазмұнына әсер ететінін көрсетеді.
Градиент топырақтың органикалық заттары мен азотпен байытылуына әсер ететін маңызды фактор болып табылады66, ал градиент неғұрлым аз болса, байыту жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Топырақтың қоректік заттарын байыту үшін қоректік заттардың жоғалуы әлсіреген, ал еңіс орналасуының топырақтың органикалық заттарының мазмұнына және жалпы азотпен байытылуына әсері айқын емес. Өсімдіктердің тамыры.Органикалық қышқылдар топырақтағы қолда бар фосфор мен қол жетімді калийді бекітуге пайдалы.Сондықтан, еңіс орналасуы мен қолда бар фосфор, және еңіс орналасуы мен қолда бар калий арасында маңызды корреляция болды.
Топырақтың қоректік заттары мен топырақ коррозиясының арасындағы байланысты нақтылау үшін корреляцияны талдау қажет. 5-кестеде көрсетілгендей, тотығу-тотықсыздану потенциалы қолда бар азотпен (R2 = -0,845) айтарлықтай теріс корреляцияда және қолда бар фосформен (R2 = 0,842) және қызыл калий = 809R қол жетімді. әдетте топырақтың кейбір физикалық және химиялық қасиеттеріне әсер ететін тотығу-тотықсыздану сапасын көрсетеді, содан кейін топырақтың бірқатар қасиеттеріне әсер етеді. Сондықтан ол топырақтың қоректік заттардың трансформациясының бағытын анықтаудың маңызды факторы болып табылады67. Әртүрлі тотығу-тотықсыздану сапасы әртүрлі күйге және қоректік факторлардың болуына әкелуі мүмкін. Сондықтан, қол жетімді қызылтектік потенциал бар. фосфор және қол жетімді калий.
Металл қасиеттерінен басқа, коррозия потенциалы топырақ қасиеттерімен де байланысты. Коррозия потенциалы органикалық заттармен айтарлықтай теріс корреляцияға ие болды, бұл органикалық заттардың коррозия потенциалына айтарлықтай әсер еткенін көрсетеді. Сонымен қатар, органикалық заттар да потенциалды градиентпен (SN) (R2=-0,713) және сульфат ионымен (R2=0,01), органикалық заттарға да әсер етеді. градиент (SN) және сульфат ионы..Топырақ рН мен қол жетімді калий (R2 = -0,728) арасында айтарлықтай теріс корреляция болды.
Қол жетімді азот жалпы еритін тұздармен және хлорид иондарымен айтарлықтай теріс корреляцияда болды, ал қолда бар фосфор мен қол жетімді калий жалпы еритін тұздармен және хлорид иондарымен айтарлықтай оң корреляцияда болды. Бұл қолда бар қоректік заттардың жалпы еритін тұздар мен хлорид иондарының мөлшеріне айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. жинақтау және қолда бар қоректік заттардың жеткізілуі. Жалпы азот сульфат ионымен айтарлықтай теріс корреляцияда және бикарбонатпен айтарлықтай оң корреляцияда болды, бұл жалпы азот сульфат пен бикарбонаттың құрамына әсер еткенін көрсетеді. Өсімдіктер сульфат иондары мен бикарбонат иондарына аз сұранысқа ие, сондықтан олардың көпшілігі топырақта сіңеді немесе бос болады. коллоидтар.Бикарбонат иондары топырақта азоттың жиналуын қамтамасыз етеді, ал сульфат иондары топырақта азоттың болуын төмендетеді.Сондықтан топырақтағы азот пен қарашіріктің мөлшерін тиісті түрде арттыру топырақтың коррозиясын азайту үшін тиімді.
Топырақ – құрамы мен қасиеттері күрделі жүйе. Топырақ коррозиясы көптеген факторлардың синергетикалық әсерінің нәтижесі болып табылады. Сондықтан, топырақтың коррозиясын бағалау үшін, әдетте, кешенді бағалау әдісі қолданылады. «Геотехникалық инженерлік зерттеу кодексіне» (GB50021-94) және Қытайдағы топырақ коррозиясын сынау желісінің сынау әдістеріне сілтеме жасай отырып, топырақ коррозия дәрежесін келесі стандарттарға сәйкес кешенді түрде бағалауға болады (әлсіз болса: 1): коррозия , орташа коррозия немесе күшті коррозия жоқ; (2) күшті коррозия болмаса, ол орташа коррозия ретінде бағаланады; (3) күшті коррозияның бір немесе екі жері болса, ол күшті коррозия ретінде бағаланады; (4) күшті коррозияның 3 немесе одан да көп орындары болса, ол күшті коррозия үшін күшті коррозия ретінде бағаланады.
Топырақтың меншікті кедергісі, тотықсыздану потенциалы, су мөлшері, тұз мөлшері, рН мәні және Cl- және SO42- мазмұны бойынша әртүрлі беткейлердегі топырақ үлгілерінің коррозия дәрежесі жан-жақты бағаланды. Зерттеу нәтижелері барлық беткейлердегі топырақтардың коррозияға қабілетті екенін көрсетті.
Коррозия потенциалы еңістерді қорғау торының коррозиясына әсер ететін маңызды фактор болып табылады. Үш беткейдің коррозия потенциалдары барлығы -200 мв-тан төмен, бұл биіктіктегі металл тордың коррозиясына ең көп әсер етеді. Потенциалды градиент топырақтағы бос токтың шамасын бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін. ортаңғы беткейлерде.Жоғарғы, ортаңғы және төменгі беткейлердегі топырақтардағы еритін тұздың жалпы мөлшері 500 мг/кг-нан жоғары болды, ал баурайдың қорғаныш торына коррозиялық әсері орташа болды. Топырақтағы судың мөлшері еңістің ортасындағы және төменгі беткейдегі металл торлардың коррозиясына әсер ететін маңызды фактор болып табылады және коррозиядан қорғаудың көпшілігіне көбірек әсер етеді. орташа еңісті топырақ, бұл микробтық белсенділіктің жиі болатынын және өсімдіктердің жылдам өсуін көрсетеді.
Зерттеулер көрсеткендей, коррозиялық потенциал, потенциалдық градиент, жалпы еритін тұз мөлшері және су мөлшері үш беткейде топырақ коррозиясына әсер ететін негізгі факторлар болып табылады, ал топырақ коррозиясы күшті деп бағаланады. Еңістерді қорғау желісінің коррозиясы орташа еңістегі ең күрделі болып табылады, бұл теміржол торабы мен органикалық қосымшаларының коррозияға қарсы дизайнына анықтама береді. тыңайтқыш топырақ коррозиясын азайтуға, өсімдіктердің өсуін жеңілдетуге және ақырында еңісті тұрақтандыруға пайдалы.
Бұл мақаланы қалай келтіруге болады: Чен, Дж. және т.б. Топырақ құрамы мен электрохимиясының Қытай теміржол желісінің бойындағы тау жыныстарының беткейлері желісінің коррозиясына әсері.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Жер сілкінісінің қозуы.табиғи апат.69, 219–235 (2013) кезіндегі теміржол жерасты беткейлерінің динамикалық сипаттамалары.
Суй Ванг, Дж. және т.б. Сычуань провинциясының Вэньчуань жер сілкінісінен зардап шеккен аймағындағы тас жолдардың типтік жер сілкінісінің зақымдалуын талдау[J]. Қытай тау жыныстары механикасы және инженерия журналы.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Вэнчуань жер сілкінісі кезіндегі тас жол көпірлерінің сейсмикалық зақымдануын талдау және қарсы шаралар. China Journal of Rock Mechanics and Engineering.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Чичи жер сілкінісінің Тайваньның орталық бөлігінде кейінгі жауын-шашыннан туындаған көшкіндерге әсері. Engineering Geology.86, 87–101 (2006).
Кой, Т. және т.б. Жер сілкінісінен туындаған көшкіндердің таулы су алабындағы шөгінді өндіруге ұзақ мерзімді әсері: Танзава аймағы, Жапония. геоморфология.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Геотехникалық беткейлердің сейсмикалық тұрақтылығын талдау бойынша зерттеулерге шолу. Жер сілкінісі инженериясы және инженерлік діріл.25, 164–171 (2005).
Юэ Пин, Сычуаньдағы Вэньчуань жер сілкінісінен туындаған геологиялық қауіптерді зерттеу. Инженерлік геология журналы 4, 7–12 (2008).
Али, F. Өсімдіктермен көлбеу қорғаныс: кейбір тропикалық өсімдіктердің тамыр механикасы. International Journal of Physics Sciences.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Кинабалу тауындағы әртүрлі геологиялық жағдайларда тропикалық төмен таулы ормандарға топографиялық әсерлер, Борнео. Өсімдік экологиясы.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Табиғи және инженерлік беткейлерді көшкіндерден қорғау үшін идеалды өсімдік тамырының сипаттамалары. Өсімдіктер мен топырақ, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Концентрленген ағын кезінде топырақтың үстіңгі қабатының эрозиясына шөп тамырларының әсері. Геоморфология 76, 54-67 (2006).