Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset støtte for CSS. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi vise nettstedet uten stiler og JavaScript.
Med Sui-Chongqing-jernbaneskråningen som forskningsobjekt, ble jordresistivitet, jordelektrokjemi (korrosjonspotensial, redokspotensial, potensiell gradient og pH), jordanioner (totale løselige salter, Cl-, SO42- og) og jordnæringsstoffer (fuktighetsinnhold, organisk materiale, totalt nitrogen, alkalihydrolysert nitrogen, tilgjengelig fosfor, tilgjengelig kalium) vurdert under forskjellige skråninger i henhold til individuelle indikatorer og omfattende indikatorer for kunstig jord. Sammenlignet med andre faktorer har vann størst innflytelse på korrosjonen av skråningsbeskyttelsesnettet, etterfulgt av anioninnhold. Det totale løselige saltet har en moderat effekt på korrosjonen av skråningsbeskyttelsesnettet, og strøstrømmen har en moderat effekt på korrosjonen av skråningsbeskyttelsesnettet. Korrosjonsgraden av jordprøvene ble grundig evaluert, og korrosjonen i den øvre skråningen var moderat, og korrosjonen i de midtre og nedre skråningene var sterk. Det organiske materialet i jorden var signifikant korrelert med den potensielle gradienten. Tilgjengelig nitrogen, tilgjengelig kalium og tilgjengelig fosfor var signifikant korrelert med anioner. Fordelingen av jordnæringsstoffer er indirekte relatert til skråningstypen.
Når man bygger jernbaner, motorveier og vannforsyningsanlegg, er åpninger i fjellet ofte uunngåelige. På grunn av fjellene i sørvest krever Kinas jernbanebygging mye utgraving av fjellet. Det ødelegger den opprinnelige jorda og vegetasjonen, og skaper eksponerte steinete skråninger. Denne situasjonen fører til jordskred og jorderosjon, og truer dermed sikkerheten til jernbanetransport. Jordskred er skadelig for veitrafikken, spesielt etter Wenchuan-jordskjelvet 12. mai 2008. Jordskred har blitt en vidt distribuert og alvorlig jordskjelvkatastrofe. I evalueringen av 4243 kilometer med viktige hovedveier i Sichuan-provinsen i 2008 var det 1736 alvorlige jordskjelvkatastrofer i veibunner og støttemurer i skråninger, noe som utgjorde 39,76 % av den totale evalueringslengden. Direkte økonomiske tap fra veiskader oversteg 58 milliarder yuan 2,3. Globale eksempler viser at geofarer etter jordskjelv kan vare i minst 10 år (jordskjelv i Taiwan) og til og med så lenge som 40–50 år (jordskjelv i Kanto i Japan) 4,5. Gradient er den viktigste faktoren som påvirker jordskjelvfaren 6,7. Derfor er det nødvendig å opprettholde veiens skråning og styrke dens stabilitet. Planter spiller en uerstattelig rolle i beskyttelse av skråninger og restaurering av økologisk landskap 8. Sammenlignet med vanlige jordskråninger har ikke steinskråninger akkumulering av næringsfaktorer som organisk materiale, nitrogen, fosfor og kalium, og har ikke det jordmiljøet som er nødvendig for vegetasjonsvekst. På grunn av faktorer som stor skråning og regnerosjon, går jord i skråninger lett tapt. Skråningsmiljøet er hard, mangler de nødvendige forholdene for plantevekst, og jorda i skråningen mangler støttende stabilitet9. Sprøyting av skråninger med basismateriale for å dekke jord for å beskytte skråningen er en vanlig brukt teknologi for økologisk restaurering av skråninger i mitt land. Den kunstige jorden som brukes til sprøyting består av pukk, jordbruksjord, halm, sammensatt gjødsel, vannholdende middel og lim (vanlig brukte lim inkluderer portlandsement, organisk lim og asfaltemulgator) i en viss mengde. Den tekniske prosessen er: legg først piggtråd på fjellet, fest deretter piggtråden med nagler og ankerbolter, og sprøyt til slutt kunstig jord som inneholder frø på skråningen med en spesiell sprøyte. Det meste brukes diamantformet metallnett med en maskestørrelse på 14 # som er fullgalvanisert, med en maskestandard på 5 cm × 5 cm og en diameter på 2 mm. Metallnettet lar jordmatrisen danne en slitesterk monolittisk plate på fjelloverflaten. Metallnettet vil korrodere i jorden, fordi jorden i seg selv er en elektrolytt, og korrosjonsgraden avhenger av jordens egenskaper. Evaluering av jordkorrosjonsfaktorer er av stor betydning for å evaluere jordindusert metall nettingerosjon og eliminering av jordskredfare.
Planterøtter antas å spille en avgjørende rolle i skråningsstabilisering og erosjonskontroll10,11,12,13,14. For å stabilisere skråninger mot grunne jordskred kan vegetasjon brukes fordi planterøtter kan fikse jorden for å forhindre jordskred15,16,17. Treaktig vegetasjon, spesielt trær, bidrar til å forhindre grunne jordskred18. En solid beskyttende struktur dannet av de vertikale og laterale rotsystemene til planter som fungerer som forsterkende pæler i jorden. Utviklingen av rotarkitekturmønstre er drevet av gener, og jordmiljøet spiller en avgjørende rolle i disse prosessene. Korrosjon av metaller varierer med jordmiljøet20. Graden av korrosjon av metaller i jord kan variere fra ganske rask oppløsning til ubetydelig påvirkning21. Kunstig jord er veldig forskjellig fra ekte "jord". Dannelsen av naturlig jord er et resultat av samspill mellom det ytre miljøet og ulike organismer over titalls millioner år22,23,24. Før den treaktige vegetasjonen danner et stabilt rotsystem og økosystem, er hvorvidt metallnettet kombinert med steinskråningen og kunstig jord kan fungere trygt direkte relatert til utviklingen av den naturlige økonomien, livets sikkerhet og forbedring av det økologiske miljøet.
Korrosjon av metaller kan imidlertid føre til store tap. Ifølge en undersøkelse utført i Kina tidlig på 1980-tallet om kjemisk maskineri og andre industrier, utgjorde tap forårsaket av metallkorrosjon 4 % av den totale produksjonsverdien. Derfor er det av stor betydning å studere korrosjonsmekanismen og iverksette beskyttende tiltak for økonomisk konstruksjon. Jord er et komplekst system av gasser, væsker, faste stoffer og mikroorganismer. Mikrobielle metabolitter kan korrodere materialer, og spredte strømmer kan også forårsake korrosjon. Derfor er det viktig å forhindre korrosjon av metaller begravd i jord. For tiden fokuserer forskningen på begravd metallkorrosjon hovedsakelig på (1) faktorer som påvirker begravd metallkorrosjon25; (2) metallbeskyttelsesmetoder26,27; (3) vurderingsmetoder for graden av metallkorrosjon28; Korrosjon i forskjellige medier. Imidlertid var alle jordarter i studien naturlige og hadde gjennomgått tilstrekkelige jorddannelsesprosesser. Det finnes imidlertid ingen rapport om kunstig jorderosjon av jernbanesteinsskråninger.
Sammenlignet med andre korrosive medier har kunstig jord kjennetegnene illikviditet, heterogenitet, sesongmessighet og regionalitet. Metallkorrosjon i kunstig jord er forårsaket av elektrokjemiske interaksjoner mellom metaller og kunstig jord. I tillegg til medfødte faktorer avhenger hastigheten på metallkorrosjon også av omgivelsene. En rekke faktorer påvirker metallkorrosjon individuelt eller i kombinasjon, for eksempel fuktighetsinnhold, oksygeninnhold, totalt løselig saltinnhold, anion- og metallioninnhold, pH, jordmikrober30,31,32.
I 30 års praksis har spørsmålet om hvordan man permanent kan bevare kunstig jord i steinete skråninger vært et problem33. Busker eller trær kan ikke vokse i noen skråninger etter 10 år med manuelt stell på grunn av jorderosjon. Smuss på overflaten av metallnettet ble vasket bort noen steder. På grunn av korrosjon sprakk noen metallnett og mistet all jord over og under seg (figur 1). For tiden fokuserer forskningen på korrosjon i jernbaneskråninger hovedsakelig på korrosjon av jordingsnettet til jernbanestasjoner, strøstrømskorrosjon generert av lettbane og korrosjon av jernbanebroer34,35, spor og annet kjøretøyutstyr36. Det har ikke vært rapporter om korrosjon i metallnettet for beskyttelse av jernbaneskråninger. Denne artikkelen studerer de fysiske, kjemiske og elektrokjemiske egenskapene til kunstig jord i den sørvestlige steinskråningen av Suiyu-jernbanen, med sikte på å forutsi metallkorrosjon ved å vurdere jordegenskaper og gi et teoretisk og praktisk grunnlag for restaurering av jordøkosystemer og kunstig restaurering. Kunstig skråning.
Teststedet ligger i det kuperte området i Sichuan (30°32′N, 105°32′Ø) nær Suining jernbanestasjon. Området ligger midt i Sichuan-bassenget, med lave fjell og åser, med enkel geologisk struktur og flatt terreng. Erosjon, skjæring og ansamling av vann skaper eroderte kuperte landskap. Berggrunnen er hovedsakelig kalkstein, og overliggende lag består hovedsakelig av lilla sand og leirstein. Integriteten er dårlig, og bergarten har en blokkformet struktur. Studieområdet har et subtropisk fuktig monsunklima med sesongmessige karakteristikker av tidlig vår, varm sommer, kort høst og sen vinter. Nedbøren er rikelig, lys- og varmeressursene er rikelige, den frostfrie perioden er lang (285 dager i gjennomsnitt), klimaet er mildt, den årlige gjennomsnittstemperaturen er 17,4 °C, gjennomsnittstemperaturen for den varmeste måneden (august) er 27,2 °C, og den ekstreme maksimumstemperaturen er 39,3 °C. Den kaldeste måneden er januar (gjennomsnittstemperaturen er 6,5 °C), den ekstreme minimumstemperaturen Temperaturen er -3,8 °C, og den gjennomsnittlige årlige nedbøren er 920 mm, hovedsakelig konsentrert i juli og august. Nedbøren om våren, sommeren, høsten og vinteren varierer sterkt. Andelen nedbør i hver sesong av året er henholdsvis 19–21 %, 51–54 %, 22–24 % og 4–5 %.
Forskningsstedet ligger i en skråning på omtrent 45° i skråningen til Yu-Sui-jernbanen som ble bygget i 2003. I april 2012 vendte den mot sør, innen 1 km fra Suining jernbanestasjon. Den naturlige skråningen ble brukt som kontroll. Den økologiske restaureringen av skråningen benytter utenlandsk toppdressing-jordsprøyteteknologi for økologisk restaurering. I henhold til høyden på jernbanesidens skråning kan skråningen deles inn i oppoverbakke, midtre skråning og nedoverbakke (fig. 2). Siden tykkelsen på den kunstige jorden i den kuttede skråningen er omtrent 10 cm, bruker vi kun en spade i rustfritt stål for å ta jordoverflaten 0-8 cm for å unngå forurensning av korrosjonsprodukter fra jordens metallnett. Fire replikater ble satt for hver skråningsposisjon, med 15-20 tilfeldige prøvetakingspunkter per replikat. Hvert replikat er en blanding av 15-20 tilfeldig bestemt fra S-formede linjeprøvetakingspunkter. Den ferske vekten er omtrent 500 gram. Ta prøvene tilbake til laboratoriet i polyetylen-ziplock-poser for behandling. Jorden lufttørkes naturlig, og grus og dyre- og planterester plukkes ut, knuses med en agatpinne og siktes med en 20-mesh, 100-mesh nylonsikt, bortsett fra de grove partiklene.
Jordresistiviteten ble målt med VICTOR4106 jordingsmotstandstester produsert av Shengli Instrument Company; jordresistiviteten ble målt i felten; Jordfuktigheten ble målt med tørkemetoden. Det bærbare digitale mv/pH-instrumentet DMP-2 har høy inngangsimpedans for måling av jordkorrosjonspotensial. Potensialgradient og redokspotensial ble bestemt med DMP-2 bærbar digital mv/pH, totalt løselig salt i jord ble bestemt med resttørkingsmetoden, kloridioninnholdet i jord ble bestemt med AgNO3-titreringsmetode (Mohr-metoden), jordsulfatinnholdet ble bestemt med indirekte EDTA-titreringsmetode, dobbelindikatortitreringsmetode for å bestemme jordkarbonat og bikarbonat, kaliumdikromatoksidasjonsoppvarmingsmetode for å bestemme jordorganisk materiale, alkalisk løsningsdiffusjonsmetode for å bestemme jordalkalisk hydrolysenitrogen, H2SO4-HClO4-fordøyelses-Mo-Sb kolorimetrisk metode. Totalt fosfor i jord og tilgjengelig fosforinnhold i jord ble bestemt med Olsen-metoden (0,05 mol/L NaHCO3-løsning som ekstraksjonsmiddel), og totalt kaliuminnhold i jord ble bestemt med natriumhydroksidfusjonsflammefotometri.
De eksperimentelle dataene ble initialt systematisert. SPSS Statistics 20 ble brukt til å utføre gjennomsnittsanalyse, standardavviksanalyse, enveis ANOVA og menneskelig korrelasjonsanalyse.
Tabell 1 presenterer de elektromekaniske egenskapene, anioner og næringsstoffer i jordarter med forskjellige helninger. Korrosjonspotensialet, jordmotstanden og øst-vest potensiell gradient for forskjellige helninger var alle signifikante (P < 0,05). Redokspotensialene for nedoverbakke, midtre helning og naturlig helning var signifikante (P < 0,05). Potensiell gradient vinkelrett på skinnen, det vil si nord-sør potensiell gradient, er oppoverbakke>nedoverbakke>midtre helning. Jordens pH-verdi var i størrelsesorden nedoverbakke>oppoverbakke>midtre helning>naturlig helning. Totalt løselig salt, naturlig helning var betydelig høyere enn jernbanehelningen (P < 0,05). Det totale løselige saltinnholdet i tredjegrads jernbanehelningsjord er over 500 mg/kg, og det totale løselige saltet har en moderat effekt på metallkorrosjon. Jordens organiske materialeinnhold var høyest i den naturlige helningen og lavest i nedoverbakke (P < 0,05). Det totale nitrogeninnholdet var høyest i midtre helning og lavest i oppoverbakke; Det tilgjengelige nitrogeninnholdet var høyest i nedoverbakken og midtre skråning, og lavest i den naturlige skråningen. Det totale nitrogeninnholdet i jernbanens oppoverbakke og nedoverbakke var lavere, men det tilgjengelige nitrogeninnholdet var høyere. Dette indikerer at mineraliseringshastigheten for organisk nitrogen i oppoverbakke og nedoverbakke er rask. Tilgjengelig kaliuminnhold er det samme som tilgjengelig fosfor.
Jordresistivitet er en indeks som indikerer elektrisk ledningsevne og en grunnleggende parameter for å bedømme jordkorrosjon. Faktorer som påvirker jordresistiviteten inkluderer fuktighetsinnhold, totalt løselig saltinnhold, pH, jordtekstur, temperatur, innhold av organisk materiale, jordtemperatur og tetthet. Generelt sett er jord med lav resistivitet mer korrosiv, og omvendt. Bruk av resistivitet for å bedømme jordkorrosivitet er en metode som ofte brukes i forskjellige land. Tabell 1 viser evalueringskriteriene for korrosivitetsgrad for hver enkelt indeks37,38.
I følge testresultatene og standardene i mitt land (tabell 1), hvis jordens korrosjonsevne kun evalueres etter jordens resistivitet, er jorden i oppoverbakken svært korrosiv; jorden i nedoverbakken er moderat korrosiv; og jordens korrosjonsevne i den midtre skråningen og den naturlige skråningen er relativt lav og svak.
Jordmotstanden i oppoverbakken er betydelig lavere enn i andre deler av skråningen, noe som kan være forårsaket av regnerosjon. Matjorda i oppoverbakken renner med vannet opp til den midtre skråningen, slik at metallbeskyttelsesnettet i oppoverbakken er nær matjorda. Noen av metallnettene var eksponert og til og med svevde i luften (figur 1). Jordmotstanden ble målt på stedet; peleavstanden var 3 m; peledybden var under 15 cm. Bare metallnett og avskallende rust kan forstyrre måleresultatene. Derfor er det upålitelig å evaluere jordkorrosivitet kun etter jordmotstandsindeks. I den omfattende evalueringen av korrosjon tas ikke jordmotstanden i oppoverbakken hensyn til.
På grunn av den høye relative fuktigheten fører den konstante fuktige luften i Sichuan-området til at metallnettet som er eksponert for luften, korroderer mer enn metallnettet som er begravd i jorden39. Eksponering av netting for luft kan føre til redusert levetid, noe som kan destabilisere jord i oppoverbakke. Jordtap kan gjøre det vanskelig for planter, spesielt treaktige planter, å vokse. På grunn av mangel på treaktige planter er det vanskelig å danne et rotsystem i oppoverbakke for å størkne jorden. Samtidig kan plantevekst også forbedre jordkvaliteten og øke humusinnholdet i jorden, som ikke bare kan holde på vann, men også gi et godt miljø for vekst og reproduksjon av dyr og planter, og dermed redusere jordtap. Derfor bør flere treaktige frø sås i oppoverbakken i den tidlige byggefasen, og vannholdende middel bør tilsettes kontinuerlig og dekkes med film for beskyttelse, for å redusere erosjon av jord i oppoverbakke fra regnvann.
Korrosjonspotensialet er en viktig faktor som påvirker korrosjonen av skråningsbeskyttelsesnettet i en tre-nivås skråning, og har størst innvirkning på oppoverbakken (tabell 2). Under normale forhold endres ikke korrosjonspotensialet mye i et gitt miljø. En merkbar endring kan forårsakes av spredte strømmer. Splitte strømmer refererer til strømmer 40, 41, 42 som lekker inn i veibunnen og jordmediet når kjøretøy bruker offentlig transport. Med utviklingen av transportsystemet har landets jernbanetransportsystem oppnådd storskala elektrifisering, og korrosjon av nedgravde metaller forårsaket av likestrømslekkasje fra elektrifiserte jernbaner kan ikke ignoreres. For tiden kan jordpotensialgradienten brukes til å bestemme om jorden inneholder spredte strømforstyrrelser. Når potensialgradienten til overflatejorden er lavere enn 0,5 mv/m, er spredte strømmen lav; når potensialgradienten er i området 0,5 mv/m til 5,0 mv/m, er spredte strømmen moderat; Når potensialgradienten er større enn 5,0 mv/m, er nivået av spredt strøm høyt. Det flytende området for potensialgradienten (EW) i midtre skråning, oppover og nedover skråning er vist i figur 3. Når det gjelder det flytende området, er det moderate spredte strømmer i øst-vest og nord-sør-retningene i midtre skråning. Derfor er spredt strøm en viktig faktor som påvirker korrosjonen av metallnett i midtre skråning og nedover, spesielt i midtre skråning.
Generelt indikerer et jordredokspotensial (Eh) over 400 mV oksidasjonsevne, over 0–200 mV middels reduserende evne, og under 0 mV stor reduserende evne. Jo lavere jordredokspotensial, desto større er jordmikroorganismers korrosjonsevne overfor metaller44. Det er mulig å forutsi trenden for jordmikrobiell korrosjon ut fra redokspotensialet. Studien fant at jordredokspotensialet i de tre skråningene var større enn 500 mV, og korrosjonsnivået var svært lite. Den viser at jordventilasjonsforholdene i skråningene er gode, noe som ikke bidrar til korrosjon av anaerobe mikroorganismer i jorden.
Tidligere studier har funnet at effekten av jordens pH på jorderosjon er åpenbar. Med svingninger i pH-verdien påvirkes korrosjonshastigheten til metallmaterialer betydelig. Jordens pH er nært knyttet til området og mikroorganismene i jorden45,46,47. Generelt sett er effekten av jordens pH på korrosjonen av metallmaterialer i svakt alkalisk jord ikke åpenbar. Jordsmonnet i de tre jernbaneskråningene er alkalisk, så effekten av pH på korrosjonen av metallnettet er svak.
Som det fremgår av tabell 3, viser korrelasjonsanalysen at redokspotensialet og helningsposisjonen er signifikant positivt korrelert (R2 = 0,858), korrosjonspotensialet og potensialgradienten (SN) er signifikant positivt korrelert (R2 = 0,755), og redokspotensialet og potensialgradienten (SN) er signifikant positivt korrelert (R2 = 0,755). Det var en signifikant negativ korrelasjon mellom potensial og pH (R2 = -0,724). Helningsposisjonen var signifikant positivt korrelert med redokspotensialet. Dette viser at det er forskjeller i mikromiljøet til forskjellige helningsposisjoner, og jordmikroorganismer er nært beslektet med redokspotensialet48, 49, 50. Redokspotensialet var signifikant negativt korrelert med pH51,52. Denne sammenhengen indikerte at pH- og Eh-verdier ikke alltid endret seg synkront under jordens redoksprosess, men hadde et negativt lineært forhold. Metallkorrosjonspotensialet kan representere den relative evnen til å ta opp og miste elektroner. Selv om korrosjonspotensialet var signifikant positivt korrelert med potensialgradienten (SN), kan potensialgradienten være forårsaket av metallets lette tap av elektroner.
Jordens totale løselige saltinnhold er nært knyttet til jordens korrosjonsevne. Generelt sett, jo høyere jordens saltinnhold er, desto lavere er jordens motstand, noe som øker jordens motstand. I jordelektrolytter er ikke bare anionene og varierende områder, men også korrosjonspåvirkningene hovedsakelig karbonater, klorider og sulfater. I tillegg påvirker det totale løselige saltinnholdet i jorden indirekte korrosjonen gjennom påvirkning av andre faktorer, for eksempel effekten av elektrodepotensial i metaller og jordens oksygenløselighet.
De fleste av de løselige saltdissosierte ionene i jord deltar ikke direkte i elektrokjemiske reaksjoner, men påvirker metallkorrosjon gjennom jordresistivitet. Jo høyere jordens saltinnhold er, desto sterkere er jordens konduktivitet og desto sterkere er jorderosjonen. Jordens saltinnhold i naturlige skråninger er betydelig høyere enn i jernbaneskråninger, noe som kan skyldes at naturlige skråninger er rike på vegetasjon, noe som bidrar til jord- og vannbevaring. En annen årsak kan være at den naturlige skråningen har opplevd moden jorddannelse (jordens mormateriale dannet av steinforvitring), men jernbaneskråningens jord består av knuste steinfragmenter som matrise av "kunstjord", og har ikke gjennomgått en tilstrekkelig jorddannelsesprosess. Mineraler frigjøres ikke. I tillegg steg saltionene i den dype jorden i naturlige skråninger gjennom kapillærvirkning under overflatefordampning og akkumulerte seg i overflatejorden, noe som resulterte i en økning i innholdet av saltioner i overflatejorden. Jordtykkelsen på jernbaneskråningen er mindre enn 20 cm, noe som resulterer i at matjorden ikke klarer å supplere saltet fra den dype jorden.
Positive ioner (som K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, osv.) har liten effekt på jordkorrosjon, mens anioner spiller en betydelig rolle i den elektrokjemiske korrosjonsprosessen og har en betydelig innvirkning på metallkorrosjon. Cl− kan akselerere korrosjonen av anoden og er det mest korrosive anionet; jo høyere Cl−-innhold, desto sterkere er jordkorrosjonen. SO42− fremmer ikke bare korrosjon av stål, men forårsaker også korrosjon i noen betongmaterialer54. Korroderer også jern. I en serie surjordforsøk ble korrosjonshastigheten funnet å være proporsjonal med jordens surhet55. Klorid og sulfat er hovedkomponentene i løselige salter, som direkte kan akselerere kavitasjonen av metaller. Studier har vist at korrosjonsvekttapet av karbonstål i alkalisk jord er nesten proporsjonalt med tilsetningen av klorid- og sulfationer56,57. Lee et al. fant at SO42- kan hindre korrosjon, men fremme utviklingen av korrosjonsgroper som allerede har dannet seg58.
I følge standarden for jordkorrosjonsevaluering og testresultater var kloridioninnholdet i hver jordprøve i skråningen over 100 mg/kg, noe som indikerer sterk jordkorrosjon. Sulfationinnholdet i både oppover- og nedoverbakker var over 200 mg/kg og under 500 mg/kg, og jorden var moderat korrodert. Innholdet av sulfationer i den midtre skråningen er lavere enn 200 mg/kg, og jordkorrosjonen er svak. Når jordmediet inneholder en høy konsentrasjon, vil det delta i reaksjonen og produsere korrosjonsflak på overflaten av metallelektroden, og dermed bremse korrosjonsreaksjonen. Etter hvert som konsentrasjonen øker, kan flakken plutselig brytes, og dermed akselerere korrosjonshastigheten kraftig. Etter hvert som konsentrasjonen fortsetter å øke, dekker korrosjonsflaken overflaten av metallelektroden, og korrosjonshastigheten viser en avtagende trend igjen59. Studien fant at mengden i jorden var lavere og derfor hadde liten effekt på korrosjonen.
I følge tabell 4 viste korrelasjonen mellom helning og jordanioner at det var en signifikant positiv korrelasjon mellom helning og kloridioner (R2=0,836), og en signifikant positiv korrelasjon mellom helning og totalt løselige salter (R2=0,742).
Dette tyder på at overflateavrenning og jorderosjon kan være ansvarlige for endringene i totale løselige salter i jorden. Det var en signifikant positiv korrelasjon mellom totale løselige salter og kloridioner, noe som kan skyldes at totale løselige salter er mengden av kloridioner, og innholdet av totale løselige salter bestemmer innholdet av kloridioner i jordløsninger. Derfor kan vi vite at forskjellen i helning kan forårsake alvorlig korrosjon av metallnettdelen.
Organisk materiale, totalt nitrogen, tilgjengelig nitrogen, tilgjengelig fosfor og tilgjengelig kalium er de grunnleggende næringsstoffene i jorden, som påvirker jordkvaliteten og rotsystemets opptak av næringsstoffer. Jordnæringsstoffer er en viktig faktor som påvirker mikroorganismer i jorden, så det er verdt å studere om det er en sammenheng mellom jordnæringsstoffer og metallkorrosjon. Suiyu-jernbanen ble ferdigstilt i 2003, noe som betyr at den kunstige jorden bare har opplevd 9 år med akkumulering av organisk materiale. På grunn av den spesielle kunstige jorden er det nødvendig å ha en god forståelse av næringsstoffene i den.
Forskningen viser at innholdet av organisk materiale er det høyeste i naturlig jord i skråninger etter hele jorddannelsesprosessen. Innholdet av organisk materiale i lav skråning var det laveste. På grunn av påvirkning fra forvitring og overflateavrenning vil næringsstoffer i jorden akkumuleres i midt- og nedoverbakken, og danne et tykt lag med humus. På grunn av de små partiklene og den dårlige stabiliteten i lav skråning, brytes imidlertid organisk materiale lett ned av mikroorganismer. Undersøkelsen fant at vegetasjonsdekningen og mangfoldet i midt- og nedoverbakkene var høyt, men homogeniteten var lav, noe som kan føre til ujevn fordeling av overflatenæringsstoffer. Et tykt lag med humus holder på vann, og jordorganismer er aktive. Alt dette akselererer nedbrytningen av organisk materiale i jorden.
Innholdet av alkalihydrolysert nitrogen i jernbanene oppover, midtre og nedoverbakke var høyere enn i den naturlige skråningen, noe som indikerer at mineraliseringshastigheten for organisk nitrogen i jernbaneskråningen var betydelig høyere enn i den naturlige skråningen. Jo mindre partiklene er, desto mer ustabil jordstruktur, desto lettere er det for mikroorganismer å bryte ned det organiske materialet i aggregatene, og desto større er mengden mineralisert organisk nitrogen60,61. I samsvar med resultatene fra 62-studien var innholdet av småpartikkelaggregater i jorden i jernbaneskråninger betydelig høyere enn i naturlige skråninger. Derfor må det iverksettes passende tiltak for å øke innholdet av gjødsel, organisk materiale og nitrogen i jorden i jernbaneskråningen, og for å forbedre bærekraftig utnyttelse av jorden. Sløsing av tilgjengelig fosfor og tilgjengelig kalium forårsaket av overflateavrenning sto for 77,27 % til 99,79 % av det totale tapet av jernbaneskråningen. Overflateavrenning kan være hovedårsaken til tap av tilgjengelige næringsstoffer i jord i skråninger63,64,65.
Som vist i tabell 4 var det en signifikant positiv korrelasjon mellom skråningens posisjon og tilgjengelig fosfor (R2=0,948), og korrelasjonen mellom skråningens posisjon og tilgjengelig kalium var den samme (R2=0,898). Det viser at skråningens posisjon påvirker innholdet av tilgjengelig fosfor og tilgjengelig kalium i jorden.
Gradient er en viktig faktor som påvirker innholdet av organisk materiale i jorden og nitrogenanrikning66, og jo mindre gradienten er, desto større er anrikningsraten. For næringsanriking i jorden ble næringstapet svekket, og effekten av skråningens posisjon på innholdet av organisk materiale i jorden og total nitrogenanrikning var ikke åpenbar. Ulike typer og antall planter i forskjellige skråninger har forskjellige organiske syrer som skilles ut av planterøttene. Organiske syrer er gunstige for fiksering av tilgjengelig fosfor og tilgjengelig kalium i jorden. Derfor var det en signifikant korrelasjon mellom skråningens posisjon og tilgjengelig fosfor, og skråningens posisjon og tilgjengelig kalium.
For å avklare forholdet mellom jordnæringsstoffer og jordkorrosjon, er det nødvendig å analysere korrelasjonen. Som vist i tabell 5, var redokspotensialet signifikant negativt korrelert med tilgjengelig nitrogen (R2 = -0,845) og signifikant positivt korrelert med tilgjengelig fosfor (R2 = 0,842) og tilgjengelig kalium (R2 = 0,980). Redokspotensialet gjenspeiler kvaliteten på redoks, som vanligvis påvirkes av noen fysiske og kjemiske egenskaper i jorden, og påvirker deretter en rekke egenskaper i jorden. Derfor er det en viktig faktor for å bestemme retningen på jordnæringsomdannelsen67. Ulike redokskvaliteter kan resultere i forskjellige tilstander og tilgjengelighet av næringsfaktorer. Derfor har redokspotensialet en signifikant korrelasjon med tilgjengelig nitrogen, tilgjengelig fosfor og tilgjengelig kalium.
I tillegg til metallegenskaper er korrosjonspotensialet også relatert til jordegenskaper. Korrosjonspotensialet var signifikant negativt korrelert med organisk materiale, noe som indikerer at organisk materiale hadde en signifikant effekt på korrosjonspotensialet. I tillegg var organisk materiale også signifikant negativt korrelert med potensiell gradient (SN) (R2 = -0,713) og sulfationer (R2 = -0,671), noe som indikerer at innholdet av organisk materiale også påvirker potensiell gradient (SN) og sulfationer. Det var en signifikant negativ korrelasjon mellom jordens pH og tilgjengelig kalium (R2 = -0,728).
Tilgjengelig nitrogen var signifikant negativt korrelert med totale løselige salter og kloridioner, og tilgjengelig fosfor og tilgjengelig kalium var signifikant positivt korrelert med totale løselige salter og kloridioner. Dette indikerte at innholdet av tilgjengelig næringsstoffer signifikant påvirket mengden av totale løselige salter og kloridioner i jord, og anioner i jord var ikke gunstige for akkumulering og tilførsel av tilgjengelige næringsstoffer. Totalt nitrogen var signifikant negativt korrelert med sulfationer, og signifikant positivt korrelert med bikarbonat, noe som indikerer at totalt nitrogen hadde en effekt på innholdet av sulfat og bikarbonat. Planter har lite behov for sulfationer og bikarbonationer, så de fleste av dem er frie i jorda eller absorberes av jordkolloider. Bikarbonationer favoriserer akkumulering av nitrogen i jorda, og sulfationer reduserer tilgjengeligheten av nitrogen i jorda. Derfor er det gunstig å øke innholdet av tilgjengelig nitrogen og humus i jorda på en passende måte for å redusere jordkorrosivitet.
Jord er et system med kompleks sammensetning og egenskaper. Jordens korrosivitet er et resultat av den synergistiske virkningen av mange faktorer. Derfor brukes vanligvis en omfattende evalueringsmetode for å evaluere jordens korrosivitet. Med henvisning til «Code for Geotechnical Engineering Investigation» (GB50021-94) og testmetodene til China Soil Corrosion Test Network, kan jordkorrosjonsgraden evalueres omfattende i henhold til følgende standarder: (1) Evalueringen er svak korrosjon, hvis bare svak korrosjon, er det ingen moderat korrosjon eller sterk korrosjon; (2) hvis det ikke er sterk korrosjon, evalueres det som moderat korrosjon; (3) hvis det er ett eller to steder med sterk korrosjon, evalueres det som sterk korrosjon; (4) hvis det er 3 eller flere steder med sterk korrosjon, evalueres det som sterk korrosjon for alvorlig korrosjon.
I henhold til jordresistivitet, redokspotensial, vanninnhold, saltinnhold, pH-verdi og Cl- og SO42-innhold ble korrosjonsgradene til jordprøvene i ulike skråninger grundig evaluert. Forskningsresultatene viser at jordene i alle skråninger er svært korrosive.
Korrosjonspotensial er en viktig faktor som påvirker korrosjonen av skråningsbeskyttelsesnett. Korrosjonspotensialene for de tre skråningene er alle lavere enn -200 mV, noe som har størst innvirkning på korrosjonen av metallnettet i oppoverbakke. Potensialgradienten kan brukes til å bedømme størrelsen på spredt strøm i jord. Spredningsstrøm er en viktig faktor som påvirker korrosjonen av metallnett i midtre skråninger og oppoverbakker, spesielt i midtre skråninger. Det totale løselige saltinnholdet i jorda i de øvre, midtre og nedre skråningene var alle over 500 mg/kg, og korrosjonseffekten på skråningsbeskyttelsesnettet var moderat. Jordvanninnhold er en viktig faktor som påvirker korrosjonen av metallnett i midtre skråning og nedoverbakke, og har større innvirkning på korrosjonen av skråningsbeskyttelsesnett. Næringsstoffer er mest forekommende i jord i midtre skråninger, noe som indikerer at det er hyppig mikrobiell aktivitet og rask plantevekst.
Forskningen viser at korrosjonspotensial, potensiell gradient, totalt løselig saltinnhold og vanninnhold er hovedfaktorene som påvirker jordkorrosjon i de tre skråningene, og jordkorrosjonen vurderes som sterk. Korrosjonen i skråningsbeskyttelsesnettverket er mest alvorlig i den midtre skråningen, noe som gir en referanse for korrosjonsbeskyttelsesdesign av jernbanens skråningsbeskyttelsesnettverk. Passende tilsetning av tilgjengelig nitrogen og organisk gjødsel er gunstig for å redusere jordkorrosjon, fremme plantevekst og til slutt stabilisere skråningen.
Slik siterer du denne artikkelen: Chen, J. et al. Effekter av jordsammensetning og elektrokjemi på korrosjonen av fjellskråningsnettverk langs en kinesisk jernbanelinje. science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL og Yang, GL Dynamiske egenskaper ved jernbaneundergrunnens skråninger under jordskjelveksitasjon. naturkatastrofe. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analyse av typiske jordskjelvskader på motorveier i det jordskjelvrammede området i Wenchuan i Sichuan-provinsen [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. og Jinsong, J. Seismisk skadeanalyse og mottiltak for motorveibroer i Wenchuan-jordskjelvet. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY og Liu, CC. Effekten av Chichi-jordskjelvet på jordskred forårsaket av påfølgende nedbør i det sentrale Taiwan. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Langtidseffekter av jordskjelvinduserte jordskred på sedimentproduksjon i et fjellnedbørområde: Tanzawa-regionen, Japan. geomorphology. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. og Dedong, L. En gjennomgang av forskning på seismisk stabilitetsanalyse av geotekniske skråninger. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Forskning på geologiske farer forårsaket av Wenchuan-jordskjelvet i Sichuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Skråningsbeskyttelse med vegetasjon: rotmekanikken til noen tropiske planter. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI og Kitayama, K. Topografiske effekter på tropiske lavfjellskoger under forskjellige geologiske forhold i Kinabalu-fjellet, Borneo. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Ideelle planterøtteegenskaper for å beskytte naturlige og konstruerte skråninger mot jordskred. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Effekter av gressrøtter på eroderbarhet i matjord under konsentrert strømning. Geomorphology 76, 54–67 (2006).