Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte ondersteuning voor CSS. Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus uit te schakelen in Internet Explorer). In de tussentijd zullen we de site zonder stijlen en JavaScript weergeven om voortdurende ondersteuning te garanderen.
Met Sui-Chongqing-spoorweghelling als onderzoeksobject, bodemweerstand, bodemelektrochemie (corrosiepotentieel, redoxpotentieel, potentiële gradiënt en pH), bodemanionen (totaal oplosbare zouten, Cl-, SO42- en) en bodemvoeding. (Vochtgehalte, organisch materiaal, totaal stikstof, alkali-gehydrolyseerde stikstof, beschikbaar fosfor, beschikbaar kalium) Onder verschillende hellingen wordt de corrosiegraad geëvalueerd volgens de individuele indicatoren en uitgebreide indicatoren van kunstmatige grond. In vergelijking met andere factoren, water heeft de grootste invloed op de corrosie van het hellingsbeschermingsnet, gevolgd door het aniongehalte. Het totale oplosbare zout heeft een matig effect op de corrosie van het hellingsbeschermingsnet en de zwerfstroom heeft een matig effect op de corrosie van het hellingsbeschermingsnet. De corrosiegraad van grondmonsters werd uitvoerig geëvalueerd en de corrosie op de bovenste helling was matig en de corrosie op de middelste en onderste hellingen was sterk. De organische stof in de bodem was significant gecorreleerd met de potentiële gradiënt. Beschikbare stikstof, beschikbaar kalium en beschikbaar fosfor waren significant gecorreleerd met ionen. De verdeling van bodemvoedingsstoffen is indirect gerelateerd aan het type helling.
Bij de aanleg van spoorwegen, snelwegen en waterbeschermingsfaciliteiten zijn openingen in de bergen vaak onvermijdelijk. Vanwege de bergen in het zuidwesten vereist de aanleg van de Chinese spoorweg veel uitgraving van de berg. Het vernietigt de oorspronkelijke grond en vegetatie, waardoor rotsachtige hellingen ontstaan. Deze situatie leidt tot aardverschuivingen en bodemerosie, waardoor de veiligheid van het spoorvervoer wordt bedreigd. Aardverschuivingen zijn slecht voor het wegverkeer, vooral na de aardbeving in Wenchuan op 12 mei 2008. en ernstige aardbevingsramp1.Bij de evaluatie van 4.243 kilometer aan hoofdwegen in de provincie Sichuan in 2008 waren er 1.736 ernstige aardbevingsrampen in wegbeddingen en steunmuren, goed voor 39,76% van de totale lengte van de evaluatie. Directe economische verliezen door wegschade bedroegen meer dan 58 miljard yuan 2,3. Wereldwijde voorbeelden laten zien dat geologische risico's na de aardbeving minstens 10 jaar kunnen aanhouden (aardbeving in Taiwan) en zelfs wel 40 jaar. -50 jaar (Kanto-aardbeving in Japan)4,5.Gradiënt is de belangrijkste factor die het aardbevingsgevaar beïnvloedt6,7.Daarom is het noodzakelijk om de helling van de weg te behouden en de stabiliteit ervan te versterken.Planten spelen een onvervangbare rol bij de bescherming van hellingen en ecologisch landschapsherstel8.Vergeleken met gewone grondhellingen hebben rotshellingen niet de accumulatie van voedingsfactoren zoals organisch materiaal, stikstof, fosfor en kalium, en hebben ze niet de bodemomgeving die nodig is voor vegetatiegroei.Vanwege factoren zoals grote helling en regenerosie , hellingsgrond gaat gemakkelijk verloren. De hellingsomgeving is ruw, mist de noodzakelijke voorwaarden voor plantengroei en de hellingsgrond mist ondersteunende stabiliteit9. Het besproeien van hellingen met basismateriaal om de grond te bedekken om de helling te beschermen, is een veelgebruikte ecologische hersteltechnologie voor hellingen in mijn land. De kunstmatige grond die voor het spuiten wordt gebruikt, bestaat uit steenslag, landbouwgrond, stro, samengestelde meststof, watervasthoudend middel en lijm (veelgebruikte lijmen zijn onder meer portlandcement, organische lijm en asfaltemulgator) in een bepaalde verhouding. Het technische proces is: eerste legbar beddraad op de rots, bevestig vervolgens het prikkeldraad met klinknagels en ankerbouten en spuit ten slotte kunstmatige grond met zaden op de helling met een speciale sproeier. Het 14 # ruitvormige metalen gaas dat volledig is gegalvaniseerd, wordt meestal gebruikt, met een gaasstandaard van 5 cm × 5 cm en een diameter van 2 mm. Het metalen gaas zorgt ervoor dat de bodemmatrix een duurzame monolithische plaat op het rotsoppervlak kan vormen. Het metalen gaas zal in de grond corroderen, omdat de grond zelf een elektrolyt is en de mate van corrosie afhankelijk is van de kenmerken van de bodem. De evaluatie van bodemcorrosiefactoren is van groot belang voor het evalueren van door de bodem veroorzaakte erosie van metaalgaas en het elimineren van aardverschuivingsgevaren.
Aangenomen wordt dat plantenwortels een cruciale rol spelen bij hellingstabilisatie en erosiebestrijding10,11,12,13,14. Om hellingen tegen ondiepe aardverschuivingen te stabiliseren, kan vegetatie worden gebruikt omdat plantenwortels de grond kunnen fixeren om aardverschuivingen te voorkomen15,16,17. Houtachtige vegetatie, vooral bomen, helpt ondiepe aardverschuivingen te voorkomen18. genen, en de bodemomgeving speelt een beslissende rol in deze processen. Corrosie van metalen varieert met de bodemomgeving20.De mate van corrosie van metalen in de bodem kan variëren van vrij snelle oplossing tot verwaarloosbare impact21.Kunstmatige grond is heel anders dan echte "bodem". De vorming van natuurlijke bodems is het resultaat van interacties tussen de externe omgeving en verschillende organismen gedurende tientallen miljoenen jaren22,23,24. met de rotshelling en kunstmatige grond veilig kan functioneren is direct gerelateerd aan de ontwikkeling van de natuurlijke economie, de veiligheid van het leven en de verbetering van de ecologische omgeving.
Corrosie van metalen kan echter tot enorme verliezen leiden. Volgens een onderzoek dat begin jaren tachtig in China werd uitgevoerd naar chemische machines en andere industrieën, vertegenwoordigden verliezen veroorzaakt door metaalcorrosie 4% van de totale outputwaarde. Daarom is het van groot belang om het corrosiemechanisme te bestuderen en beschermende maatregelen te nemen voor economische constructie. De bodem is een complex systeem van gassen, vloeistoffen, vaste stoffen en micro-organismen. voorkomen van corrosie van metalen begraven in de bodem. Momenteel richt het onderzoek naar begraven metaalcorrosie zich voornamelijk op (1) factoren die van invloed zijn op begraven metaalcorrosie25;(2) methoden voor metaalbescherming26,27;(3) beoordelingsmethoden voor de mate van metaalcorrosie28;Corrosie in verschillende media. Alle bodems in het onderzoek waren echter natuurlijk en hadden voldoende bodemvormingsprocessen ondergaan. Er is echter geen melding gemaakt van kunstmatige bodemerosie van spoorwegrotshellingen.
Vergeleken met andere corrosieve media heeft kunstmatige grond de kenmerken van illiquiditeit, heterogeniteit, seizoensgebondenheid en lokaliteit. Metaalcorrosie in kunstmatige bodems wordt veroorzaakt door elektrochemische interacties tussen metalen en kunstmatige bodems. Naast aangeboren factoren hangt de snelheid van metaalcorrosie ook af van de omgeving. Een verscheidenheid aan factoren beïnvloedt metaalcorrosie afzonderlijk of in combinatie, zoals vochtgehalte, zuurstofgehalte, totaal oplosbaar zoutgehalte, anion- en metaalionengehalte, pH, bodemmicroben30,31,32.
In 30 jaar praktijk is de vraag hoe kunstmatige bodems op rotsachtige hellingen permanent kunnen worden behouden, een probleem geweest33. Op sommige hellingen kunnen struiken of bomen niet groeien na 10 jaar handmatig onderhoud als gevolg van bodemerosie. Het vuil op het oppervlak van het metalen gaas is op sommige plaatsen weggespoeld. Door corrosie barsten sommige metalen mazen en verloor alle grond erboven en eronder (Figuur 1). gegenereerd door lightrail en corrosie van spoorbruggen34,35, sporen en andere voertuiguitrusting36.Er zijn geen meldingen geweest van corrosie van het metalen gaas dat de spoorweghelling beschermt.Dit artikel bestudeert de fysische, chemische en elektrochemische eigenschappen van kunstmatige bodems op de zuidwestelijke rotshelling van de Suiyu-spoorweg, met als doel metaalcorrosie te voorspellen door bodemeigenschappen te beoordelen en een theoretische en praktische basis te bieden voor herstel van bodemecosystemen en kunstmatig herstel.Slope artificial.
De testlocatie bevindt zich in het heuvelachtige gebied van Sichuan (30 ° 32'N, 105 ° 32'E) nabij het treinstation van Suining. Het gebied bevindt zich in het midden van het Sichuan-bekken, met lage bergen en heuvels, met een eenvoudige geologische structuur en vlak terrein. Erosie, snijden en ophoping van water creëren geërodeerde heuvelachtige landschappen. Het gesteente is voornamelijk kalksteen en de deklaag is voornamelijk paars zand en moddersteen. structuur. Het studiegebied heeft een subtropisch vochtig moessonklimaat met seizoensgebonden kenmerken van vroege lente, hete zomer, korte herfst en late winter. De regenval is overvloedig, de licht- en warmtebronnen zijn overvloedig, de vorstvrije periode is lang (gemiddeld 285 dagen), het klimaat is mild, de gemiddelde jaartemperatuur is 17,4 °C, de gemiddelde temperatuur van de warmste maand (augustus) is 27,2 °C en de extreme maximumtemperatuur is 39,3 °C. De koudste maand is januari (gemiddelde temperatuur is 6,5°C), de extreme minimumtemperatuur is -3,8°C, en de jaarlijkse gemiddelde neerslag is 920 mm, voornamelijk geconcentreerd in juli en augustus. De neerslag in lente, zomer, herfst en winter varieert sterk.Het aandeel neerslag in elk seizoen van het jaar is respectievelijk 19-21%, 51-54%, 22-24% en 4-5%.
De onderzoekslocatie is een helling van ongeveer 45 ° op de helling van de Yu-Sui-spoorweg die in 2003 is gebouwd. In april 2012 lag het op het zuiden, binnen 1 km van het Suining-treinstation.De natuurlijke helling werd gebruikt als controle. Het ecologische herstel van de helling maakt gebruik van de buitenlandse bemestingstechnologie voor ecologisch herstel. Afhankelijk van de hoogte van de helling aan de spoorwegzijde kan de helling worden verdeeld in een oplopende, middelhelling en een neerwaartse helling (Fig. 2). Aangezien de dikte van de kunstmatige bodem van de afgesneden helling ongeveer 10 cm is, gebruiken we alleen een roestvrijstalen schop om het grondoppervlak 0-8 cm te nemen om de vervuiling van de corrosieproducten van het metalen gaas van de grond te voorkomen. Vier herhalingen werden ingesteld voor elke hellingspositie, met 15-20 willekeurige bemonsteringspunten per replicaat. Elke replicaat is een mengsel van 15-20 willekeurig bepaald uit S-vormige lijnbemonsteringspunten. Het verse gewicht is ongeveer 500 gram. Breng de monsters terug naar het laboratorium in polyethyleen ritssluitingszakken voor verwerking. 00-mesh nylon zeef behalve de grove deeltjes.
De bodemweerstand werd gemeten met de VICTOR4106 aardingsweerstandstester geproduceerd door Shengli Instrument Company;de bodemweerstand is in het veld gemeten;het bodemvocht werd gemeten volgens de droogmethode. Het DMP-2 draagbare digitale mv/pH-instrument heeft een hoge ingangsimpedantie voor het meten van bodemcorrosiepotentieel. Potentiële gradiënt en redoxpotentiaal werden bepaald door DMP-2 draagbare digitale mv/pH, totaal oplosbaar zout in de bodem werd bepaald door residudroogmethode, chloride-ionengehalte in de bodem werd bepaald door AgNO3-titratiemethode (Mohr-methode), bodemsulfaatgehalte werd bepaald door indirecte EDTA-titratiemethode, dubbele indicatortitratiemethode om bodemcarbonaat en -bicarbonaat te bepalen, kaliumdichromaat oxidatie verhittingsmethode om organische stof in de bodem te bepalen, alkalische oplossing diffusiemethode om alkalische hydrolysestikstof in de bodem te bepalen, H2SO4-HClO4 digestie Mo-Sb colorimetrische methode Totaal fosfor in de bodem en beschikbaar fosforgehalte in de bodem werden bepaald met de Olsen-methode (0,05 mol/L NaHCO3-oplossing als extractiemiddel) en het totale kaliumgehalte in de bodem werd bepaald met natriumhydroxide-fusievlamfotometrie.
De experimentele gegevens waren aanvankelijk gesystematiseerd. SPSS Statistics 20 werd gebruikt om gemiddelde, standaarddeviatie, one-way ANOVA en menselijke correlatieanalyse uit te voeren.
Tabel 1 geeft de elektromechanische eigenschappen, anionen en voedingsstoffen van bodems met verschillende hellingen weer. Het corrosiepotentieel, de bodemweerstand en de oost-west potentiële gradiënt van verschillende hellingen waren allemaal significant (P < 0,05). De redoxpotentialen van afdaling, middenhelling en natuurlijke helling waren significant (P < 0,05). De potentiële gradiënt loodrecht op de rail, dat wil zeggen de noord-zuid potentiaalgradiënt, is opwaarts>neerwaarts>middelste helling. De pH-waarde van de bodem was in de orde van beneden helling> bergopwaarts> middelste helling> natuurlijke helling. Totaal oplosbaar zout, natuurlijke helling was significant hoger dan spoorweghelling (P <0,05). Het totale oplosbare zoutgehalte van de grond van de derde klas spoorweghelling is hoger dan 500 mg / kg, en het totale oplosbare zout heeft een matig effect op metaalcorrosie. Het gehalte aan organische stof in de bodem was het hoogst op de natuurlijke helling en het laagst op de afdaling (P <0,05). Het totale stikstofgehalte was het hoogst op de middelste helling en het laagst op de helling bergop;het beschikbare stikstofgehalte was het hoogst in het aflopende en middelste talud en het laagst in het natuurlijke talud;het totale stikstofgehalte van de spoorbaan was bergop en bergaf lager, maar het beschikbare stikstofgehalte was hoger.
Bodemweerstand is een index die de elektrische geleidbaarheid aangeeft en een basisparameter voor het beoordelen van bodemcorrosie. Factoren die de bodemweerstand beïnvloeden, zijn onder meer vochtgehalte, totaal oplosbaar zoutgehalte, pH, bodemtextuur, temperatuur, organische stofgehalte, bodemtemperatuur en dichtheid. Over het algemeen zijn bodems met een lage soortelijke weerstand meer corrosief, en vice versa.
Volgens de testresultaten en normen in mijn land (Tabel 1), als de bodemcorrosiviteit alleen wordt beoordeeld aan de hand van de bodemweerstand, is de grond op de bergopwaartse helling zeer corrosief;de grond op de afdaling is matig corrosief;de bodemcorrosiviteit op de middelste helling en de natuurlijke helling is relatief laag zwak.
De bodemweerstand van de opwaartse helling is aanzienlijk lager dan die van andere delen van de helling, wat kan worden veroorzaakt door erosie door regen. De bovengrond op de opwaartse helling stroomt met het water naar de middelste helling, zodat het metalen beschermingsnet voor de oplopende helling dicht bij de bovengrond ligt. Sommige metalen mazen waren zichtbaar en hingen zelfs in de lucht (Figuur 1). De bodemweerstand werd ter plaatse gemeten;paalafstand was 3m;de heidiepte was minder dan 15 cm. Blank metaalgaas en afbladderende roest kunnen de meetresultaten verstoren. Daarom is het onbetrouwbaar om de bodemcorrosiviteit alleen te beoordelen aan de hand van de bodemweerstandsindex. Bij de uitgebreide evaluatie van corrosie wordt geen rekening gehouden met de bodemweerstand van de helling.
Vanwege de hoge relatieve vochtigheid zorgt de overblijvende vochtige lucht in het Sichuan-gebied ervoor dat het metalen gaas dat aan de lucht wordt blootgesteld, ernstiger corrodeert dan het metalen gaas dat in de grond is begraven39. Blootstelling van gaas aan lucht kan resulteren in een kortere levensduur, wat bergopwaartse bodems kan destabiliseren. Bodemverlies kan het voor planten, vooral houtachtige planten, moeilijk maken om te groeien. verbeter ook de bodemkwaliteit en verhoog het humusgehalte in de bodem, dat niet alleen water kan vasthouden, maar ook een goede omgeving biedt voor de groei en voortplanting van dieren en planten, waardoor bodemverlies wordt verminderd. Daarom moeten in de vroege bouwfase meer houtachtige zaden op de helling worden gezaaid en moet er continu een watervasthoudend middel worden toegevoegd en bedekt met een film ter bescherming, om de erosie van de oplopende grond door regenwater te verminderen.
Het corrosiepotentieel is een belangrijke factor die van invloed is op de corrosie van het hellingbeschermingsnet op de helling met drie niveaus, en heeft de grootste impact op de opwaartse helling (tabel 2). Onder normale omstandigheden verandert het corrosiepotentieel niet veel in een bepaalde omgeving. Een merkbare verandering kan worden veroorzaakt door zwerfstromen. Zwerfstromen verwijzen naar stromingen 40, 41, 42 die in het wegdek en bodemmedium lekken wanneer voertuigen het openbaar vervoer gebruiken. Met de ontwikkeling van het transportsysteem heeft het spoorwegtransportsysteem van mijn land grootschalige elektrificatie en de corrosie van begraven metalen veroorzaakt door gelijkstroomlekkage van geëlektrificeerde spoorwegen kunnen niet worden genegeerd. Momenteel kan de bodempotentiaalgradiënt worden gebruikt om te bepalen of de bodem zwerfstroomstoringen bevat. Wanneer de potentiaalgradiënt van de oppervlaktegrond lager is dan 0,5 mv/m, is de zwerfstroom laag;wanneer de potentiaalgradiënt in het bereik van 0,5 mv/m tot 5,0 mv/m ligt, is de zwerfstroom matig;wanneer de potentiële gradiënt groter is dan 5,0 mv/m, is het zwerfstroomniveau hoog. Het zwevende bereik van de potentiële gradiënt (EW) van de middenhelling, opwaartse helling en neerwaartse helling wordt getoond in figuur 3. In termen van het zwevende bereik zijn er gematigde zwerfstromen in de oost-west en noord-zuid richtingen van de middenhelling. middelste helling.
Over het algemeen geeft bodemredoxpotentieel (Eh) boven 400 mV het oxiderende vermogen aan, boven 0-200 mV is gemiddeld reducerend vermogen en onder 0 mV is groot reducerend vermogen. Hoe lager het bodemredoxpotentieel, hoe groter het corrosievermogen van bodemmicro-organismen voor metalen. klein. Het laat zien dat de bodemventilatieconditie van hellend land goed is, wat niet bevorderlijk is voor de corrosie van anaërobe micro-organismen in de bodem.
Eerdere studies hebben aangetoond dat de invloed van de pH van de bodem op bodemerosie duidelijk is. Met de fluctuatie van de pH-waarde wordt de corrosiesnelheid van metalen materialen aanzienlijk beïnvloed. De pH van de bodem hangt nauw samen met het gebied en de micro-organismen in de bodem45,46,47.Over het algemeen is het effect van de pH van de bodem op de corrosie van metalen materialen in licht alkalische grond niet duidelijk. De bodems van de drie spoorweghellingen zijn allemaal alkalisch, dus het effect van de pH op de corrosie van het metalen gaas is zwak.
Zoals te zien is in Tabel 3, laat de correlatieanalyse zien dat de redoxpotentiaal en de hellingpositie significant positief gecorreleerd zijn (R2 = 0,858), de corrosiepotentiaal en de potentiaalgradiënt (SN) significant positief gecorreleerd zijn (R2 = 0,755), en de redoxpotentiaal en de potentiaalgradiënt (SN) zijn significant positief gecorreleerd (R2 = 0,755).Er was een significante negatieve correlatie tussen potentiaal en pH (R2 = -0,724). De hellingspositie was significant positief gecorreleerd met de redoxpotentiaal. Hieruit blijkt dat er verschillen zijn in de micro-omgeving van verschillende hellingsposities en dat bodemmicro-organismen nauw verwant zijn aan redoxpotentiaal48, 49, 50. De redoxpotentiaal was significant negatief gecorreleerd met pH51,52. Deze relatie gaf aan dat pH- en Eh-waarden niet altijd synchroon veranderden tijdens het redoxproces in de bodem, maar een negatieve lineaire relatie. Metaalcorrosiepotentieel kan het relatieve vermogen vertegenwoordigen om elektronen te winnen en te verliezen. Hoewel het corrosiepotentieel significant positief gecorreleerd was met de potentiaalgradiënt (SN), kan de potentiaalgradiënt worden veroorzaakt door het gemakkelijke verlies van elektronen door het metaal.
Het totale oplosbare zoutgehalte van de bodem hangt nauw samen met de bodemcorrosiviteit. Over het algemeen geldt: hoe hoger het zoutgehalte van de bodem, hoe lager de bodemweerstand, waardoor de bodemweerstand toeneemt. In bodemelektrolyten zijn niet alleen de anionen en variërende bereiken, maar ook de corrosie-invloeden voornamelijk carbonaten, chloriden en sulfaten. Bovendien beïnvloedt het totale oplosbare zoutgehalte in de bodem indirect corrosie door de invloed van andere factoren, zoals het effect van elektrodepotentiaal in metalen en de oplosbaarheid van zuurstof in de bodem53.
De meeste oplosbare zout-gedissocieerde ionen in de bodem nemen niet direct deel aan elektrochemische reacties, maar beïnvloeden metaalcorrosie door bodemweerstand. Hoe hoger het zoutgehalte van de bodem, hoe sterker de geleidbaarheid van de bodem en hoe sterker de bodemerosie. Het zoutgehalte van de bodem van natuurlijke hellingen is aanzienlijk hoger dan dat van spoorweghellingen, wat mogelijk te wijten is aan het feit dat natuurlijke hellingen rijk zijn aan vegetatie, wat bevorderlijk is voor bodem- en waterbehoud. Een andere reden kan zijn dat de natuurlijke helling volwassen bodemvorming heeft ondergaan (bodemmateriaal gevormd door gesteente verwering), maar de bodem van de spoorweghelling is samengesteld uit steenslagfragmenten als de matrix van "kunstgrond" en heeft onvoldoende bodemvormingsproces ondergaan.Mineralen komen niet vrij. Bovendien stegen de zoutionen in de diepe bodem van natuurlijke hellingen door capillaire werking tijdens oppervlakteverdamping en stapelden zich op in de oppervlaktebodem, wat resulteerde in een toename van het gehalte aan zoutionen in de oppervlaktebodem. De bodemdikte van de spoorweghelling is minder dan 20 cm, waardoor de bovengrond het zout uit de diepe grond niet kan aanvullen.
Positieve ionen (zoals K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, enz.) hebben weinig effect op bodemcorrosie, terwijl anionen een belangrijke rol spelen in het elektrochemische proces van corrosie en een significante invloed hebben op metaalcorrosie. Cl− kan de corrosie van de anode versnellen en is het meest corrosieve anion;hoe hoger het Cl-gehalte, hoe sterker de bodemcorrosie. SO42 bevordert niet alleen de corrosie van staal, maar veroorzaakt ook corrosie in sommige betonmaterialen54. Corrodeert ook ijzer. In een reeks experimenten met zure grond bleek de corrosiesnelheid evenredig te zijn met de zuurgraad van de bodem55. Chloride en sulfaat zijn de belangrijkste componenten van oplosbare zouten, die de cavitatie van metalen direct kunnen versnellen. Studies hebben aangetoond dat het corrosiegewichtsverlies van koolstofstaal in alkalische bodems bijna evenredig is met de toevoeging van chloride en sulfaat ions56,57.Lee et al.ontdekte dat SO42- corrosie kan belemmeren, maar de ontwikkeling van reeds gevormde corrosieputten bevordert58.
Volgens de norm voor de evaluatie van de bodemcorrosiviteit en de testresultaten was het chloride-ionengehalte in elk bodemmonster van de helling hoger dan 100 mg / kg, wat wijst op een sterke bodemcorrosiviteit. Het sulfaationengehalte van zowel de bergopwaartse als de bergafwaartse hellingen was hoger dan 200 mg / kg en lager dan 500 mg / kg, en de grond was matig gecorrodeerd. Het sulfaationengehalte in de middelste helling is lager dan 200 mg / kg en de bodemcorrosie is zwak. Wanneer het bodemmedium een ​​hoge concentratie bevat , het zal deelnemen aan de reactie en corrosieaanslag produceren op het oppervlak van de metalen elektrode, waardoor de corrosiereactie wordt vertraagd. Naarmate de concentratie toeneemt, kan de aanslag plotseling breken, waardoor de corrosiesnelheid aanzienlijk wordt versneld;naarmate de concentratie blijft toenemen, bedekt de corrosieschaal het oppervlak van de metalen elektrode en vertoont de corrosiesnelheid weer een afnemende trend59. Uit het onderzoek bleek dat de hoeveelheid in de grond lager was en daarom weinig effect had op corrosie.
Volgens tabel 4 toonde de correlatie tussen helling en bodemanionen aan dat er een significante positieve correlatie was tussen helling en chloride-ionen (R2=0,836), en een significant positieve correlatie tussen helling en totaal oplosbare zouten (R2=0,742).
Dit suggereert dat afstroming van het oppervlak en bodemerosie verantwoordelijk kunnen zijn voor de veranderingen in totaal oplosbare zouten in de bodem. Er was een significante positieve correlatie tussen totaal oplosbare zouten en chloride-ionen, wat mogelijk komt doordat totaal oplosbare zouten de pool van chloride-ionen zijn, en het gehalte aan totaal oplosbare zouten bepaalt het gehalte aan chloride-ionen in bodemoplossingen. Daarom kunnen we weten dat het verschil in helling ernstige corrosie van het metalen gaasgedeelte kan veroorzaken.
Organische stof, totale stikstof, beschikbare stikstof, beschikbare fosfor en beschikbare kalium zijn de basisvoedingsstoffen van de bodem, die de bodemkwaliteit en de opname van voedingsstoffen door het wortelsysteem beïnvloeden. Bodemvoedingsstoffen zijn een belangrijke factor die de micro-organismen in de bodem beïnvloedt, dus het is de moeite waard om te onderzoeken of er een verband bestaat tussen bodemvoedingsstoffen en metaalcorrosie. van de voedingsstoffen in kunstmatige grond.
Het onderzoek toont aan dat het gehalte aan organische stof het hoogst is in de natuurlijke hellingbodem na het hele bodemvormingsproces. Het gehalte aan organische stof op de laaghelling was het laagst. Door de invloed van verwering en oppervlakkige afvloeiing zullen bodemvoedingsstoffen zich ophopen op de middelste helling en neerwaartse helling, waardoor een dikke laag humus wordt gevormd. Vanwege de kleine deeltjes en de slechte stabiliteit van laaghellingbodem, wordt organisch materiaal gemakkelijk afgebroken door micro-organismen. waren hoog, maar de homogeniteit was laag, wat kan leiden tot ongelijke verdeling van oppervlaktevoedingsstoffen. Een dikke laag humus houdt water vast en bodemorganismen zijn actief. Dit alles versnelt de afbraak van organisch materiaal in de bodem.
Het alkali-gehydrolyseerde stikstofgehalte van de spoorwegen met een stijgende, middelhoge en dalende helling was hoger dan dat van de natuurlijke helling, wat aangeeft dat de organische stikstofmineralisatiesnelheid van de spoorweghelling aanzienlijk hoger was dan die van de natuurlijke helling. aggregaten van kleine deeltjes in de bodem van spoorweghellingen waren aanzienlijk hoger dan die van natuurlijke hellingen. Daarom moeten passende maatregelen worden genomen om het gehalte aan kunstmest, organisch materiaal en stikstof in de bodem van de spoorweghelling te verhogen en om het duurzame gebruik van de bodem te verbeteren. De verspilling van beschikbaar fosfor en beschikbaar kalium veroorzaakt door oppervlakkige afvoer was verantwoordelijk voor 77,27% tot 99,79% van het totale verlies van spoorhelling. Oppervlakteafvoer kan de belangrijkste oorzaak zijn van beschikbaar nutriëntenverlies in hellingbodems63,6 4,65.
Zoals weergegeven in tabel 4, was er een significante positieve correlatie tussen hellingpositie en beschikbaar fosfor (R2=0,948), en de correlatie tussen hellingpositie en beschikbaar kalium was hetzelfde (R2=0,898). Hieruit blijkt dat de hellingpositie van invloed is op het gehalte aan beschikbaar fosfor en beschikbaar kalium in de bodem.
Gradiënt is een belangrijke factor die van invloed is op het gehalte aan organische stof in de bodem en de stikstofverrijking66, en hoe kleiner de gradiënt, hoe hoger de verrijkingssnelheid. Voor de verrijking van voedingsstoffen in de bodem was het nutriëntenverlies afgezwakt, en het effect van de hellingpositie op het gehalte aan organische stof in de bodem en de totale stikstofverrijking was niet duidelijk. Verschillende soorten en aantallen planten op verschillende hellingen hebben verschillende organische zuren uitgescheiden door plantenwortels. Organische zuren zijn gunstig voor de fixatie van beschikbaar fosfor en beschikbaar kalium in de bodem. Daarom was er een significante correlatie tussen hellingspositie en beschikbaar fosfor, en hellingspositie en beschikbaar kalium.
Om de relatie tussen bodemvoedingsstoffen en bodemcorrosie te verduidelijken, is het noodzakelijk om de correlatie te analyseren. Zoals weergegeven in tabel 5, was het redoxpotentieel significant negatief gecorreleerd met beschikbare stikstof (R2 = -0,845) en significant positief gecorreleerd met beschikbaar fosfor (R2 = 0,842) en beschikbaar kalium (R2 = 0,980). van de bodem. Daarom is het een belangrijke factor bij het bepalen van de richting van de transformatie van bodemvoedingsstoffen67. Verschillende redoxkwaliteiten kunnen resulteren in verschillende toestanden en beschikbaarheid van voedingsfactoren. Daarom heeft het redoxpotentieel een significante correlatie met beschikbare stikstof, beschikbare fosfor en beschikbare kalium.
Naast metaaleigenschappen is corrosiepotentieel ook gerelateerd aan bodemeigenschappen. Corrosiepotentieel was significant negatief gecorreleerd met organisch materiaal, wat aangeeft dat organisch materiaal een significant effect had op corrosiepotentieel. Bovendien was organisch materiaal ook significant negatief gecorreleerd met potentiële gradiënt (SN) (R2=-0,713) en sulfaationen (R2=-0,671), wat aangeeft dat het gehalte aan organische stof ook de potentiële gradiënt (SN) en sulfaationen beïnvloedt. Er was een significante negatieve correlatie tussen bodem-pH en beschikbaar kalium (R2 = - 0,728).
Beschikbare stikstof was significant negatief gecorreleerd met totaal oplosbare zouten en chloride-ionen, en beschikbaar fosfor en beschikbaar kalium waren significant positief gecorreleerd met totaal oplosbare zouten en chloride-ionen. Dit gaf aan dat het beschikbare nutriëntengehalte de hoeveelheid totaal oplosbare zouten en chloride-ionen in de bodem aanzienlijk beïnvloedde, en anionen in de bodem waren niet bevorderlijk voor de accumulatie en toevoer van beschikbare voedingsstoffen. Totaal stikstof was significant negatief gecorreleerd met sulfaationen en significant positief gecorreleerd met bicarbonaat, wat aangeeft dat totaal stikstof een effect op het gehalte aan sulfaat en bicarbonaat. Planten hebben weinig behoefte aan sulfaationen en bicarbonaationen, dus de meeste zijn vrij in de bodem of worden geabsorbeerd door bodemcolloïden. Bicarbonaationen bevorderen de ophoping van stikstof in de bodem, en sulfaationen verminderen de beschikbaarheid van stikstof in de bodem. Daarom is het op passende wijze verhogen van het gehalte aan beschikbare stikstof en humus in de bodem gunstig om bodemcorrosiviteit te verminderen.
De bodem is een systeem met een complexe samenstelling en eigenschappen.Bodemcorrosiviteit is het resultaat van de synergetische werking van vele factoren.Daarom wordt over het algemeen een uitgebreide evaluatiemethode gebruikt om bodemcorrosiviteit te evalueren. Onder verwijzing naar de "Code for Geotechnical Engineering Investigation" (GB50021-94) en de testmethoden van China Soil Corrosion Test Network, kan de bodemcorrosiegraad uitgebreid worden geëvalueerd volgens de volgende normen: (1) De evaluatie is zwakke corrosie, al was het maar zwakke corrosie, er is geen matige corrosie of sterke corrosie;(2) als er geen sterke corrosie is, wordt deze beoordeeld als matige corrosie;(3) als er een of twee plaatsen zijn met sterke corrosie, wordt dit beoordeeld als sterke corrosie;(4) als er 3 of meer plaatsen zijn met sterke corrosie, wordt dit beoordeeld als sterke corrosie voor ernstige corrosie.
Op basis van bodemweerstand, redoxpotentiaal, watergehalte, zoutgehalte, pH-waarde en Cl- en SO42-gehalte werden de corrosiegraden van grondmonsters op verschillende hellingen uitgebreid geëvalueerd. De onderzoeksresultaten tonen aan dat de bodems op alle hellingen zeer corrosief zijn.
Corrosiepotentieel is een belangrijke factor die de corrosie van het hellingbeschermingsnet beïnvloedt. Het corrosiepotentieel van de drie hellingen is allemaal lager dan -200 mv, wat de grootste invloed heeft op de corrosie van het bergopwaartse metalen gaas. Potentiële gradiënt kan worden gebruikt om de omvang van zwerfstroom in de bodem te beoordelen. Zwerfstroom is een belangrijke factor die de corrosie van metalen gaas beïnvloedt op middelste hellingen en bergopwaartse hellingen, vooral op middelste hellingen. Het totale oplosbare zoutgehalte in de bodem van de bovenste, middelste en onderste hellingen was allemaal meer dan 5 00 mg/kg, en het corrosie-effect op het hellingbeschermingsnet was matig. Het bodemwatergehalte is een belangrijke factor die de corrosie van metalen mazen op middelhelling en neerwaartse helling beïnvloedt, en heeft een grotere invloed op de corrosie van hellingbeschermingsnetten. Voedingsstoffen zijn het meest overvloedig aanwezig in grond op middelhelling, wat aangeeft dat er frequente microbiële activiteiten en snelle plantengroei zijn.
Het onderzoek toont aan dat corrosiepotentieel, potentiële gradiënt, totaal oplosbaar zoutgehalte en watergehalte de belangrijkste factoren zijn die de bodemcorrosie op de drie hellingen beïnvloeden, en de bodemcorrosiviteit wordt als sterk beoordeeld. De corrosie van het hellingbeschermingsnetwerk is het ernstigst op de middelste helling, die een referentie vormt voor het anticorrosieontwerp van het spoorweghellingbeschermingsnetwerk. Passende toevoeging van beschikbare stikstof en organische meststof is gunstig om bodemcorrosie te verminderen, plantengroei te vergemakkelijken en uiteindelijk de helling te stabiliseren.
Citatie voor dit artikel: Chen, J. et al.Effecten van bodemsamenstelling en elektrochemie op de corrosie van rotshellingnetwerk langs een Chinese spoorlijn.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Dynamische kenmerken van ondergrondhellingen van spoorwegen onder aardbevingsopwinding. Natuurramp.69, 219-235 (2013).
Sui Wang, J. et al.Analyse van typische aardbevingsschade van snelwegen in het door aardbevingen getroffen gebied van de provincie Sichuan in Wenchuan [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering.28, 1250-1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Analyse van seismische schade en tegenmaatregelen van snelwegbruggen bij de aardbeving in Wenchuan. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering.28, 1377-1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Het effect van de Chichi-aardbeving op aardverschuivingen veroorzaakt door daaropvolgende regenval in centraal Taiwan.Engineering Geology.86, 87-101 (2006).
Koi, T. et al. Langetermijneffecten van door aardbevingen veroorzaakte aardverschuivingen op de sedimentproductie in een bergstroomgebied: Tanzawa-regio, Japan.geomorphology.101, 692-702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Een overzicht van onderzoek naar seismische stabiliteitsanalyse van geotechnische hellingen.Earthquake Engineering and Engineering Vibration.25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Onderzoek naar geologische gevaren veroorzaakt door de aardbeving in Wenchuan in Sichuan.Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Hellingbescherming met vegetatie: wortelmechanica van sommige tropische planten. International Journal of Physical Sciences.5, 496-506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Topografische effecten op tropische lage bergbossen onder verschillende geologische omstandigheden in Mount Kinabalu, Borneo.Plant Ecology.159, 35-49 (2002).
Stokes, A. et al.Ideale plantwortelkenmerken voor het beschermen van natuurlijke en aangelegde hellingen tegen aardverschuivingen.Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Effecten van graswortels op de erosie van de bovengrond tijdens geconcentreerde stroming.Geomorphology 76, 54-67 (2006).