Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія веб-переглядача, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду ми рекомендуємо вам використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів і JavaScript.
Взявши за об’єкт дослідження схил залізниці Суй-Чунцін, питомий опір ґрунту, електрохімія ґрунту (потенціал корозії, окислювально-відновний потенціал, градієнт потенціалу та pH), аніони ґрунту (загальна кількість розчинних солей, Cl-, SO42- і) та живлення ґрунту. (Вміст вологи, органічні речовини, загальний азот, лужно-гідролізований азот, доступний фосфор, доступний калій) За різних умов lopes, ступінь корозії оцінюється згідно з окремими показниками та комплексними показниками штучного ґрунту. У порівнянні з іншими факторами вода має найбільший вплив на корозію сітки для захисту схилу, а потім вміст аніонів. Загальна розчинна сіль має помірний вплив на корозію сітки для захисту схилу, а блукаючий струм має помірний вплив на корозію сітки для захисту схилу. Ступінь корозії зразків ґрунту було всебічно оцінено, і корозія на верхньому схилі була помірною, а корозія на середніх і нижніх схилах була сильною. Органічна речовина в ґрунті значною мірою корелювала з потенційним градієнтом. Доступний азот, доступний калій і доступний фосфор значно корелюють з аніонами. Розподіл поживних речовин у ґрунті опосередковано пов’язаний з типом схилу.
Під час будівництва залізниць, автомагістралей і водоохоронних об’єктів часто неможливо уникнути відкриття гір. Через гори на південному заході будівництво залізниці в Китаї вимагає значного розкопування гір. Це руйнує початковий ґрунт і рослинність, створюючи відкриті скелясті схили. Така ситуація призводить до зсувів та ерозії ґрунту, що загрожує безпеці залізничного транспорту. Зсуви шкідливі для дорожнього руху, особливо після землетрусу в Веньчуані 12 травня 2008 року. Зсуви стали широко поширеним і серйозним землетрусом1.Під час оцінки 4243 кілометрів основних магістральних доріг у провінції Сичуань у 2008 році було зафіксовано 1736 сильних землетрусів на земляних полотнах і підпірних стінках схилів, що становить 39,76% від загальної довжини оцінки. Прямі економічні втрати від пошкодження доріг перевищили 58 мільярдів юанів 2,3. Глобальні приклади показують, що геонебезпеки після землетрусу можуть тривати довго щонайменше 10 років (землетрус у Тайвані) і навіть 40-50 років (землетрус Канто в Японії)4,5.Градієнт є основним фактором, що впливає на небезпеку землетрусу6,7.Тому необхідно підтримувати схил дороги та зміцнювати її стійкість.Рослини відіграють незамінну роль у захисті схилів та відновленні екологічного ландшафту8.У порівнянні зі звичайними ґрунтовими схилами, кам’яні схили не мають накопичення поживних факторів, таких як органічна речовина, азот, фосфор і калій, і не має ґрунтового середовища, необхідного для росту рослинності. Через такі фактори, як великий схил і дощова ерозія, ґрунт схилу легко втрачається. Середовище схилу суворе, йому бракує необхідних умов для росту рослин, а ґрунт схилу не підтримує стабільність 9. Обприскування схилу базовим матеріалом для покриття ґрунту для захисту схилу є звичайним явищем У моїй країні використовується технологія екологічного відновлення схилів. Штучний ґрунт, який використовується для обприскування, складається з щебеню, ґрунту сільськогосподарських угідь, соломи, комплексного добрива, водоутримувача та клею (зазвичай використовувані клеї включають портландцемент, органічний клей і емульгатор для асфальту) у певній пропорції. Технічний процес: спочатку покладіть колючий дріт на камінь, потім закріпіть колючий дріт за допомогою Заклепки та анкерні болти, і, нарешті, розпиліть штучний ґрунт, що містить насіння, на схилі за допомогою спеціального розпилювача. Здебільшого використовується повністю оцинкована металева сітка у формі ромба 14# зі стандартом сітки 5 см × 5 см і діаметром 2 мм. Металева сітка дозволяє ґрунтовій матриці утворювати міцну монолітну плиту на поверхні скелі. Металева сітка піддається корозії в ґрунті , оскільки ґрунт сам по собі є електролітом, і ступінь корозії залежить від характеристик ґрунту. Оцінка факторів корозії ґрунту має велике значення для оцінки спричиненої ґрунтом ерозії металевої сітки та усунення небезпеки зсувів.
Вважається, що коріння рослин відіграє вирішальну роль у стабілізації схилів і боротьбі з ерозією10,11,12,13,14. Для стабілізації схилів проти неглибоких зсувів можна використовувати рослинність, оскільки коріння рослин можуть закріплювати ґрунт для запобігання зсувів15,16,17. Деревна рослинність, особливо дерева, допомагає запобігти неглибоким зсувам18. Міцна захисна структура, утворена вертикальними та бічними кореневі системи рослин, які діють як зміцнюючі купи в ґрунті. Розвиток архітектури коренів зумовлений генами, а ґрунтове середовище відіграє вирішальну роль у цих процесах. Корозія металів залежить від ґрунтового середовища 20. Ступінь корозії металів у ґрунті може коливатися від досить швидкого розчинення до незначного впливу 21. Штучний ґрунт дуже відрізняється від справжнього «ґрунту». Утворення природних ґрунтів є результатом взаємодія між зовнішнім середовищем і різними організмами протягом десятків мільйонів років22,23,24. До того, як деревна рослинність сформує стабільну кореневу систему та екосистему, безпечне функціонування металевої сітки в поєднанні з кам’яним схилом і штучним ґрунтом безпосередньо залежить від розвитку природного господарства, безпеки життя та покращення екологічного середовища.
Однак корозія металів може призвести до величезних втрат. Згідно з дослідженням, проведеним у Китаї на початку 1980-х років у хімічному машинобудуванні та інших галузях промисловості, втрати, спричинені корозією металу, становили 4% від загальної вартості продукції. Тому дуже важливо вивчити механізм корозії та вжити захисних заходів для економічного будівництва. Ґрунт — це складна система газів, рідин, твердих речовин і мікроорганізмів. Мікробний метаболіт. s може спричинити корозію матеріалів, а блукаючі струми також можуть спричинити корозію. Тому важливо запобігати корозії металів, захованих у ґрунті. На даний момент дослідження корозії захованих металів зосереджені головним чином на (1) факторах, що впливають на корозію захованих металів25;(2) методи захисту металу26,27;(3) методи оцінки ступеня корозії металу28;Корозія в різних середовищах. Проте всі ґрунти в дослідженні були природними та зазнали достатніх процесів ґрунтоутворення. Однак немає жодного повідомлення про штучну ерозію ґрунту гірських схилів залізниці.
У порівнянні з іншими корозійними середовищами, штучний ґрунт має характеристики неліквідності, неоднорідності, сезонності та регіональності. Корозія металу в штучному ґрунті спричинена електрохімічною взаємодією між металами та штучним ґрунтом. Крім вроджених факторів, швидкість корозії металу також залежить від навколишнього середовища. Різноманітні фактори впливають на корозію металу окремо або в комбінації, наприклад вміст вологи, вміст кисню, загальний вміст розчинної солі, вміст аніонів та іонів металів, рН, ґрунтові мікроби30,31,32.
Протягом 30 років практики питання, як назавжди зберегти штучні ґрунти на скелястих схилах, було проблемою33. Кущі чи дерева не можуть рости на деяких схилах після 10 років догляду вручну через ерозію ґрунту. Бруд на поверхні металевої сітки в деяких місцях змито. Через корозію деякі металеві сітки потріскались і втратили весь ґрунт над і під ними (Малюнок 1). дослідження корозії схилу залізниці в основному зосереджені на корозії сітки заземлення залізничної підстанції, корозії блукаючим струмом, що створюється легкими рейками, і корозії залізничних мостів34,35, колій та іншого транспортного обладнання36. Повідомлень про корозію металевої сітки для захисту схилу залізниці не надходило. У цій статті досліджуються фізичні, хімічні та електрохімічні властивості штучних ґрунтів на південно-західному скельному схилі залізниці Suiyu з метою прогнозування корозії металу шляхом оцінки властивостей ґрунту та забезпечення теоретичної та практичної основи для відновлення екосистеми ґрунту та штучного відновлення. Штучний схил.
Випробувальний майданчик розташований у горбистій місцевості Сичуані (30°32′N, 105°32′E) поблизу залізничної станції Суйнін. Територія розташована в центрі Сичуаньського басейну, з низькими горами та пагорбами, з простою геологічною структурою та рівнинним рельєфом. Ерозія, різання та накопичення води створюють ерозійні горбисті ландшафти. Основа в основному вапнякова, а розкривні породи в основному чисті пісок і аргіліт. Цілісність погана, а скеля має блокову структуру. Район дослідження має субтропічний вологий мусонний клімат із сезонними характеристиками ранньої весни, спекотного літа, короткої осені та пізньої зими. Опади рясні, джерела світла та тепла рясні, безморозний період тривалий (в середньому 285 днів), клімат м’який, середньорічна температура 17,4°C, середня температура найспекотнішого місяця (A серпень) становить 27,2°C, а найвища максимальна температура становить 39,3°C. Найхолодніший місяць — січень (середня температура 6,5°C), крайня мінімальна температура становить -3,8°C, а середня річна кількість опадів становить 920 мм, в основному зосереджена в липні та серпні. Кількість опадів навесні, влітку, восени та взимку сильно змінюється.Частка опадів у кожну пору року становить відповідно 19-21%, 51-54%, 22-24% і 4-5%.
Місцем дослідження є схил приблизно 45° на схилі залізниці Юй-Суй, побудованої в 2003 році. У квітні 2012 року він виходив на південь в межах 1 км від залізничної станції Суйнін.Природний схил використовувався як контроль. Екологічне відновлення схилу використовує іноземну технологію обприскування ґрунту для екологічного відновлення. Відповідно до висоти бічного схилу залізниці схил можна розділити на підйом, середній схил і схил (рис. 2). Оскільки товщина зрізаного схилу штучного ґрунту становить близько 10 см, щоб уникнути забруднення продуктами корозії металевої сітки ґрунту, ми використовуємо лише лопату з нержавіючої сталі, щоб взяти поверхню ґрунту на 0-8 см. Для кожного положення схилу було встановлено чотири повтори, з 15-20 випадковими точками відбору проб на повтор. Кожна повторність є сумішшю 15-20 випадковим чином визначених точок відбору проб S-подібної лінії. Його свіжа вага становить близько 500 грамів. Принесіть зразки назад до лабораторії в поліетиленових мішках на блискавці для обробки. Ґрунт природним чином висушується на повітрі, а гравій, тваринні та рослинні залишки вибираються, подрібнюються агатовою паличкою та просіваються за допомогою нейлонового сита 20 меш, 100 меш, за винятком грубих часток.
Питомий опір ґрунту вимірювали тестером опору заземлення VICTOR4106 виробництва Shengli Instrument Company;питомий опір ґрунту вимірювали в польових умовах;вологість ґрунту вимірювалася методом сушіння. Портативний цифровий прилад mv/pH DMP-2 має високий вхідний опір для вимірювання корозійного потенціалу ґрунту. Градієнт потенціалу та окислювально-відновний потенціал визначали портативним цифровим mv/pH DMP-2, загальну розчинну сіль у ґрунті визначали методом сушіння залишків, вміст іонів хлориду в ґрунті визначали методом титрування AgNO3 (метод Мора), вміст сульфату в ґрунті визначали методом непрямого титрування EDTA, методом подвійного індикаторного титрування для визначення карбонату та бікарбонату ґрунту, методом нагрівання окиснення біхромату калію для визначення органічної речовини ґрунту, методом дифузії лужного розчину для визначення азоту лужного гідролізу ґрунту, розщеплення H2SO4-HClO4 Mo-Sb колориметричним методом. Загальний вміст фосфору в ґрунті та вміст доступного фосфору в ґрунті визначали методом Олсена (0,05 моль). /л розчину NaHCO3 як екстрагента), а загальний вміст калію в ґрунті визначали полум’яною фотометрією з гідроксиду натрію.
Експериментальні дані були спочатку систематизовані. SPSS Statistics 20 використовувався для виконання середнього значення, стандартного відхилення, одностороннього дисперсійного аналізу та кореляційного аналізу людини.
У таблиці 1 представлено електромеханічні властивості, аніони та поживні речовини ґрунтів із різними схилами. Потенціал корозії, питомий опір ґрунту та градієнт потенціалу зі сходу на захід різних схилів були значущими (P <0,05). Окисно-відновні потенціали схилу, середнього схилу та природного схилу були значними (P <0,05). Градієнт потенціалу, перпендикулярний рейці, тобто градієнт потенціалу з півночі на південь, підйом > схил > середній схил. Значення рН ґрунту було в такому порядку: схил > підйом > середній схил > природний схил. Загальна розчинна сіль, природний схил була значно вищою, ніж на залізничному схилі (P < 0,05). Загальний вміст розчинної солі в ґрунті залізничного схилу третього класу перевищує 500 мг/кг, а загальна розчинна сіль має помірний вплив на корозія металу. Вміст органічної речовини в ґрунті був найвищим на природному схилі та найнижчим на схилі під гору (P < 0,05). Загальний вміст азоту був найвищим на середньому схилі та найнижчим на схилі в гору;доступний вміст азоту був найвищим на схилі та середньому схилі, а найнижчим на природному схилі;загальний вміст азоту на підйомах і спусках залізниці був нижчим, але доступний вміст азоту був вищим. Це вказує на те, що швидкість мінералізації органічного азоту підйомів і спусків є швидкою. Доступний вміст калію такий самий, як доступний фосфор.
Питомий опір ґрунту — це показник, що вказує на електропровідність і основний параметр для оцінки корозії ґрунту. Фактори, що впливають на питомий опір ґрунту, включають вміст вологи, загальний вміст розчинної солі, рН, структуру ґрунту, температуру, вміст органічних речовин, температуру ґрунту та герметичність. Загалом, ґрунти з низьким питомим опором є більш корозійними, і навпаки. Використання питомого опору для оцінки корозійності ґрунту є методом, який широко використовується в різних країнах У таблиці 1 наведено критерії оцінки ступеня корозійності для кожного окремого індексу37,38.
Відповідно до результатів випробувань і стандартів у моїй країні (таблиця 1), якщо корозійність ґрунту оцінюється лише питомим опором ґрунту, ґрунт на схилі гори є висококорозійним;ґрунт на схилі спуску помірно корозійний;корозійність ґрунту на середньому схилі та природному схилі відносно низька слабка.
Питомий опір ґрунту схилу вгору значно нижчий, ніж в інших частинах схилу, що може бути спричинено дощовою ерозією. Верхній шар ґрунту на схилі тече до середнього схилу разом з водою, тому металева сітка для захисту схилу на схилі розташована близько до верхнього шару ґрунту. Деякі металеві сітки були оголені та навіть зависли в повітрі (Рисунок 1). Питомий опір ґрунту вимірювали на місці;відстань між палями 3 м;Глибина забивання паль була меншою за 15 см. Гола металева сітка та лущення іржі можуть заважати результатам вимірювань. Тому ненадійно оцінювати корозійність ґрунту лише за показником питомого опору ґрунту. У комплексній оцінці корозії питомий опір ґрунту на схилі не враховується.
Через високу відносну вологість багаторічне вологе повітря в районі Сичуані спричиняє більш серйозну корозію металевої сітки, яка піддається впливу повітря, ніж металева сітка, закопана в ґрунт39. Вплив дротяної сітки на повітря може призвести до зменшення терміну служби, що може дестабілізувати ґрунти на горах. Втрата ґрунту може ускладнити ріст рослин, особливо деревних рослин. Через відсутність деревних рослин це важко сформувати кореневу систему нагорі для зміцнення ґрунту. У той же час ріст рослин також може покращити якість ґрунту та збільшити вміст гумусу в ґрунті, який може не тільки утримувати воду, але й забезпечувати гарне середовище для росту та розмноження тварин і рослин, тим самим зменшуючи втрату ґрунту. Тому на ранній стадії будівництва більше деревних насіння слід висівати на схилі, а також слід постійно додавати водоутримувальний агент і покривати плівкою для захисту, щоб зменшити ерозію ґрунту схилу дощовою водою.
Потенціал корозії є важливим фактором, що впливає на корозію сітки для захисту схилу на трирівневому схилі, і має найбільший вплив на схил угору (таблиця 2). За нормальних умов потенціал корозії не змінюється суттєво в даному середовищі. Помітну зміну можуть спричинити блукаючі струми. Блукаючі струми стосуються струмів 40, 41, 42, які просочуються в дорожнє полотно та ґрунтове середовище, коли транспортні засоби користуються громадським транспортом. З розвитком транспортної системи залізнична транспортна система моєї країни досягла широкомасштабної електрифікації, і не можна ігнорувати корозію закопаних металів, спричинену витоком постійного струму з електрифікованих залізниць. Наразі градієнт потенціалу ґрунту можна використовувати, щоб визначити, чи містить ґрунт збурення блукаючого струму. Коли градієнт потенціалу поверхні ґрунту нижчий за 0,5 мВ/м, блукаючий струм є низький;коли градієнт потенціалу знаходиться в діапазоні від 0,5 мВ/м до 5,0 мВ/м, блукаючий струм є помірним;коли градієнт потенціалу перевищує 5,0 мВ/м, рівень блукаючого струму є високим. Плаваючий діапазон градієнта потенціалу (EW) середнього схилу, підйому та низу наведено на малюнку 3. З точки зору плаваючого діапазону, існують помірні блукаючі струми в напрямках схід-захід і північ-південь середнього схилу. Тому блукаючий струм є важливим фактором, що впливає на корозія металевих сіток на середньому схилі та внизу, особливо на середньому схилі.
Як правило, окисно-відновний потенціал ґрунту (Eh) вище 400 мВ вказує на окиснювальну здатність, вище 0-200 мВ — середню відновну здатність, а нижче 0 мВ — велику відновну здатність. Чим нижчий окисно-відновний потенціал ґрунту, тим більша корозійна здатність ґрунтових мікроорганізмів до металів44. За окисно-відновним потенціалом можна передбачити тенденцію мікробної корозії ґрунту. Дослідження показало, що ґрунт окисно-відновний потенціал трьох схилів був більшим за 500 мВ, а рівень корозії був дуже малим. Це показує, що умови вентиляції ґрунту на схилі є хорошими, що не сприяє корозії анаеробних мікроорганізмів у ґрунті.
Попередні дослідження показали, що вплив рН ґрунту на ерозію ґрунту очевидний. Коливання значення рН суттєво впливає на швидкість корозії металевих матеріалів. РН ґрунту тісно пов’язане з місцевістю та мікроорганізмами в ґрунті45,46,47. Загалом, вплив рН ґрунту на корозію металевих матеріалів у слаболужному ґрунті неочевидний. Ґрунти трьох залізничних схилів усі лужні, тому вплив pH на корозію металевої сітки слабкий.
Як видно з таблиці 3, кореляційний аналіз показує, що окисно-відновний потенціал і положення нахилу значно позитивно корелюють (R2 = 0,858), потенціал корозії та градієнт потенціалу (SN) значно позитивно корелюють (R2 = 0,755), а окисно-відновний потенціал і градієнт потенціалу (SN) значно позитивно корелюють (R2 = 0,755).Існувала значна негативна кореляція між потенціалом і рН (R2 = -0,724). Положення нахилу суттєво позитивно корелювало з окисно-відновним потенціалом. Це показує, що існують відмінності в мікросередовищі різних положень нахилу, а мікроорганізми ґрунту тісно пов’язані з окислювально-відновним потенціалом48, 49, 50. Окисно-відновний потенціал значно негативно корелює з pH51,52. Цей зв’язок вказує на те, що pH і Eh значення не завжди змінювалися синхронно під час окислювально-відновного процесу ґрунту, а мали негативну лінійну залежність. Потенціал корозії металу може представляти відносну здатність отримувати та втрачати електрони. Хоча потенціал корозії значно позитивно корелював із градієнтом потенціалу (SN), градієнт потенціалу може бути спричинений легкою втратою електронів металом.
Загальний вміст розчинної солі в ґрунті тісно пов’язаний із корозійною активністю ґрунту. Загалом, чим вища солоність ґрунту, тим нижчий питомий опір ґрунту, таким чином збільшуючи опір ґрунту. У ґрунтових електролітах не лише аніони та різні діапазони, але й вплив корозії є в основному карбонатами, хлоридами та сульфатами. Крім того, загальний вміст розчинної солі в ґрунті опосередковано впливає на корозію через вплив інших факторів, таких як ефект електро потенціал металів і розчинність кисню в ґрунті53.
Більшість іонів розчинної солі в ґрунті не беруть безпосередньої участі в електрохімічних реакціях, але впливають на корозію металу через питомий опір ґрунту. Чим вища солоність ґрунту, тим сильніша провідність ґрунту та сильніша ерозія ґрунту. Вміст засолення ґрунту на природних схилах значно вищий, ніж на схилах залізниць, що може бути пов’язано з тим, що природні схили багаті рослинністю, яка є сприятливою для ґрунту та збереження води. Іншою причиною може бути те, що природний схил зазнав зрілого ґрунтоутворення (основний матеріал ґрунту, утворений вивітрюванням гірських порід), але ґрунт схилу залізниці складається з уламків щебеню як матриці «штучного ґрунту» і не зазнав достатнього процесу ґрунтоутворення.Мінерали не виділяються. Крім того, іони солі в глибокому ґрунті природних схилів піднялися через капілярну дію під час поверхневого випаровування та накопичувалися в поверхневому ґрунті, що призвело до збільшення вмісту іонів солі в поверхневому ґрунті. Товщина ґрунту залізничного схилу становить менше 20 см, що призводить до нездатності верхнього шару ґрунту доповнити сіль із глибокого ґрунту.
Позитивні іони (такі як K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ тощо) мало впливають на корозію ґрунту, тоді як аніони відіграють значну роль в електрохімічному процесі корозії та мають значний вплив на корозію металу. Cl− може прискорити корозію анода та є найбільш корозійним аніоном;чим вищий вміст Cl−, тим сильніша корозія ґрунту. SO42− не лише сприяє корозії сталі, але й викликає корозію деяких бетонних матеріалів54. Також роз’їдає залізо. У серії експериментів із кислим ґрунтом було виявлено, що швидкість корозії пропорційна кислотності ґрунту55. Хлорид і сульфат є основними компонентами розчинних солей, які можуть безпосередньо прискорювати кавітацію металів. Дослідження показали, що корозійна втрата ваги вуглецевої сталі в лужних ґрунтах майже пропорційна додаванню іонів хлориду та сульфату56,57. Lee et al.виявили, що SO42- може перешкоджати корозії, але сприяти розвитку корозійних ям, які вже утворилися58.
Відповідно до стандарту оцінки корозійної активності ґрунту та результатів випробувань, вміст хлорид-іонів у кожному зразку ґрунту схилу був вище 100 мг/кг, що вказує на сильну корозійну активність ґрунту. Вміст сульфат-іонів як на підйомах, так і на схилах був вище 200 мг/кг і нижче 500 мг/кг, а ґрунт був помірно корозійним. Вміст сульфат-іонів на середньому схилі нижче 200 мг/ кг, і корозія ґрунту слабка. Коли ґрунтове середовище містить високу концентрацію, воно братиме участь у реакції та створюватиме корозійний наліт на поверхні металевого електрода, тим самим уповільнюючи реакцію корозії. Зі збільшенням концентрації накип може раптово зламатися, тим самим значно прискорюючи швидкість корозії;оскільки концентрація продовжує зростати, корозійний наліт покриває поверхню металевого електрода, і швидкість корозії знову демонструє тенденцію до уповільнення59. Дослідження показало, що кількість у ґрунті була нижчою і, отже, мало впливала на корозію.
Згідно з таблицею 4, кореляція між аніонами нахилу та ґрунту показала, що існує значуща позитивна кореляція між іонами нахилу та хлориду (R2=0,836), а також значна позитивна кореляція між нахилом та загальною кількістю розчинних солей (R2=0,742).
Це свідчить про те, що поверхневий стік і ерозія ґрунту можуть бути відповідальними за зміни загальної кількості розчинних солей у ґрунті. Існувала значна позитивна кореляція між загальною кількістю розчинних солей та іонами хлориду, можливо, тому, що загальна кількість розчинних солей є групою іонів хлориду, а вміст загальної кількості розчинних солей визначає вміст іонів хлориду в ґрунтових розчинах. Таким чином, ми можемо знати, що різниця в нахилі може спричинити сильну корозію металева сітчаста частина.
Органічна речовина, загальний азот, доступний азот, доступний фосфор і доступний калій є основними поживними речовинами ґрунту, які впливають на якість ґрунту та поглинання поживних речовин кореневою системою. Поживні речовини ґрунту є важливим фактором, що впливає на мікроорганізми в ґрунті, тому варто вивчити, чи існує кореляція між поживними речовинами ґрунту та корозією металу. Залізницю Suiyu було завершено в 2003 році. , що означає, що в штучному ґрунті лише 9 років накопичувалася органічна речовина. Через особливість штучного ґрунту необхідно добре розуміти поживні речовини в штучному ґрунті.
Дослідження показують, що вміст органічної речовини є найвищим у ґрунті природного схилу після всього процесу ґрунтоутворення. Вміст органічної речовини в ґрунті на низькому схилі був найнижчим. Через вплив вивітрювання та поверхневого стоку поживні речовини ґрунту накопичуватимуться на середньому схилі та внизу, утворюючи товстий шар гумусу. Однак через дрібні частинки та погану стабільність ґрунту на низькому схилі органічні речовини легко переносяться. розкладається мікроорганізмами. Дослідження показало, що покриття та різноманітність рослинності на середніх і низьких схилах були високими, але однорідність була низькою, що може призвести до нерівномірного розподілу поверхневих поживних речовин. Товстий шар гумусу утримує воду, а ґрунтові організми активні. Усе це прискорює розкладання органічної речовини в ґрунті.
Вміст лужно-гідролізованого азоту в залізницях, що знаходяться вгору, на середньому схилі та внизу, був вищим, ніж на природному схилі, що вказує на те, що рівень мінералізації органічного азоту на схилі залізниці був значно вищим, ніж на природному схилі. Чим дрібніші частки, тим нестабільніша структура ґрунту, тим легше мікроорганізмам розкладати органічну речовину в агрегатах, Відповідно до результатів дослідження 62, вміст дрібних агрегатів у ґрунті залізничних схилів був значно вищим, ніж на природних схилах. Тому необхідно вжити відповідних заходів для збільшення вмісту добрив, органічної речовини та азоту в ґрунті залізничних схилів, а також для покращення сталого використання ґрунту. доступний фосфор і доступний калій, викликаний поверхневим стоком, спричинили від 77,27% до 99,79% загальних втрат на схилі залізниці. Поверхневий стік може бути основним фактором втрати доступних поживних речовин у ґрунтах схилів63,64,65.
Як показано в таблиці 4, існує значна позитивна кореляція між положенням схилу та доступним фосфором (R2=0,948), а кореляція між положенням схилу та доступним калієм була такою ж (R2=0,898). Це показує, що положення схилу впливає на вміст доступного фосфору та доступного калію в ґрунті.
Градієнт є важливим фактором, що впливає на вміст органічної речовини ґрунту та збагачення азотом66, і чим менший градієнт, тим більша швидкість збагачення. Для збагачення ґрунту поживними речовинами втрата поживних речовин була послаблена, а вплив положення схилу на вміст органічної речовини ґрунту та загальне збагачення азотом не був очевидним. Різні типи та кількість рослин на різних схилах мають різні органічні кислоти, що виділяються корінням рослин. Органічні кислоти є сприятливо впливає на фіксацію доступного фосфору та доступного калію в ґрунті. Таким чином, існувала значна кореляція між положенням схилу та доступним фосфором, а також положенням на схилі та доступним калієм.
Щоб з’ясувати взаємозв’язок між поживними речовинами ґрунту та корозією ґрунту, необхідно проаналізувати кореляцію. Як показано в таблиці 5, окислювально-відновний потенціал значно негативно корелює з наявним азотом (R2 = -0,845) і значно позитивно корелює з доступним фосфором (R2 = 0,842) і доступним калієм (R2 = 0,980). Окисно-відновний потенціал відображає якість окислювально-відновного процесу, який зазвичай залежить від деяких фізичних і хімічних властивостей ґрунту, а потім впливає на низку властивостей ґрунту. Отже, це важливий фактор у визначенні напрямку трансформації поживних речовин у ґрунті67. Різні окисно-відновні якості можуть призводити до різних станів і доступності факторів живлення. Отже, окисно-відновний потенціал має значну кореляцію з доступним азотом, доступним фосфором і доступним калієм.
Окрім властивостей металу, потенціал корозії також пов’язаний із властивостями ґрунту. Потенціал корозії значно негативно корелює з органічними речовинами, що вказує на те, що органічні речовини мають значний вплив на потенціал корозії. Крім того, органічні речовини також значно негативно корелюють із градієнтом потенціалу (SN) (R2=-0,713) та сульфат-іоном (R2=-0,671), що вказує на те, що вміст органічної речовини також впливає на градієнт потенціалу (SN) і сульфат. ion..Існувала значна негативна кореляція між pH ґрунту та доступним калієм (R2 = -0,728).
Доступний азот суттєво негативно корелював із загальною кількістю розчинних солей та хлорид-іонів, а доступний фосфор і доступний калій суттєво позитивно корелював із загальною кількістю розчинних солей та хлорид-іонів. Це вказує на те, що наявний вміст поживних речовин суттєво вплинув на кількість загальних розчинних солей та хлорид-іонів у ґрунті, а аніони в ґрунті не сприяли накопиченню та постачанню доступних поживних речовин. Загальний нітро gen суттєво негативно корелював із сульфат-іоном і суттєво позитивно корелював із бікарбонатом, що вказує на те, що загальний азот впливав на вміст сульфату та бікарбонату. Рослини мають низький попит на сульфат-іони та бікарбонат-іони, тому більшість із них вільні в ґрунті або поглинаються ґрунтовими колоїдами. Бікарбонат-іони сприяють накопиченню азоту в ґрунті, а сульфат-іони зменшують доступність азоту в ґрунті. Таким чином, відповідне збільшення вмісту доступного азоту та гумусу в ґрунті є корисним для зменшення корозійної активності ґрунту.
Ґрунт — система зі складним складом і властивостями.Корозійність ґрунту є результатом синергічної дії багатьох факторів.Таким чином, для оцінки корозійної здатності ґрунту зазвичай використовується комплексний метод оцінки. З посиланням на «Кодекс геотехнічних інженерних досліджень» (GB50021-94) і методи випробувань China Soil Corrosion Test Network ступінь корозії ґрунту можна комплексно оцінити відповідно до наступних стандартів: (1) Оцінка є слабкою корозією, якщо тільки слабкою корозією, немає помірної або сильної корозії. sion;(2) якщо немає сильної корозії, вона оцінюється як помірна корозія;(3) якщо є одне або два місця сильної корозії, це оцінюється як сильна корозія;(4) якщо є 3 або більше місць сильної корозії, це оцінюється як сильна корозія для сильної корозії.
Відповідно до питомого опору ґрунту, окислювально-відновного потенціалу, вмісту води, вмісту солі, значення рН, а також вмісту Cl- і SO42- було всебічно оцінено ступінь корозії зразків ґрунту на різних схилах. Результати досліджень показують, що ґрунти на всіх схилах є висококорозійними.
Потенціал корозії є важливим фактором, що впливає на корозію захисної сітки для схилів. Потенціали корозії трьох схилів нижчі за -200 мВ, що найбільше впливає на корозію металевої сітки на підйомі. Градієнт потенціалу можна використовувати для визначення величини блукаючого струму в ґрунті. Блукаючий струм є важливим фактором, що впливає на корозію металевої сітки на середніх схилах і підйомах, особливо на середніх схилах. пес. Загальний вміст розчинної солі в ґрунтах верхнього, середнього та нижнього схилів перевищував 500 мг/кг, а вплив корозії на захисну сітку схилу був помірним. Вміст води в ґрунті є важливим фактором, що впливає на корозію металевих сіток на середньому схилі та внизу, і має більший вплив на корозію захисних сіток схилу. Поживних речовин найбільше в середньому схилі, тому il, що вказує на часту активність мікробів і швидкий ріст рослин.
Дослідження показують, що корозійний потенціал, потенційний градієнт, загальний вміст розчинної солі та вміст води є основними факторами, що впливають на корозію ґрунту на трьох схилах, а корозійність ґрунту оцінюється як сильна. Корозія мережі захисту схилу є найбільш серйозною на середньому схилі, що є орієнтиром для антикорозійного дизайну мережі захисту схилу залізниці. Відповідне додавання доступного азоту та органічних добрив корисний для зменшення корозії ґрунту, сприяння росту рослин і, нарешті, стабілізації схилу.
Як цитувати цю статтю: Chen, J. et al. Вплив складу ґрунту та електрохімії на корозію мережі гірських схилів уздовж китайської залізничної лінії.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Лінь, Ю.Л. та Янг, Г.Л. Динамічні характеристики схилів земляного полотна залізниці під впливом землетрусу. стихійне лихо.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Аналіз типових землетрусних пошкоджень автомагістралей у районі землетрусу Веньчуань провінції Сичуань [J].Китайський журнал гірської механіки та техніки. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Аналіз сейсмічних пошкоджень і контрзаходи мостів на шосе під час землетрусу в Веньчуані. Китайський журнал гірської механіки та техніки. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Вплив землетрусу в Чічі на зсуви, спричинені подальшими опадами в центральному Тайвані. Інженерна геологія.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Довгострокові наслідки спричинених землетрусом зсувів на утворення опадів у гірському вододілі: регіон Танзава, Японія.geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Огляд досліджень аналізу сейсмічної стійкості геотехнічних схилів. Землетрусна техніка та інженерна вібрація. 25, 164–171 (2005).
Юе Пін, Дослідження геологічної небезпеки, викликаної землетрусом у Веньчуані в Сичуані.Журнал інженерної геології 4, 7–12 (2008).
Алі, Ф. Захист схилів рослинністю: коренева механіка деяких тропічних рослин. Міжнародний журнал фізичних наук. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Топографічний вплив на тропічні низькогірні ліси за різних геологічних умов на горі Кінабалу, Борнео. Екологія рослин. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Ідеальні характеристики коренів рослин для захисту природних і спроектованих схилів від зсувів. Рослини та ґрунти, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Вплив коренів трави на ерозійність верхнього шару ґрунту під час концентрованого потоку. Геоморфологія 76, 54–67 (2006).