Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu pro CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Mezitím budeme web zobrazovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
S ohledem na železniční svah Sui-Chongqing jako objekt výzkumu byl použit měrný odpor půdy, elektrochemie půdy (korozní potenciál, redoxní potenciál, potenciální gradient a pH), půdní anionty (celkové rozpustné soli, Cl-, SO42- a) a živiny půdy (obsah vlhkosti, organická hmota, celkový dusík, alkalicky hydrolyzovaný dusík, dostupný fosfor, dostupný draslík). Stupeň koroze byl v různých sklonech hodnocen podle jednotlivých ukazatelů a komplexních ukazatelů umělé půdy. Ve srovnání s jinými faktory má největší vliv na korozi ochranné sítě svahu voda, následovaná obsahem aniontů. Celkové rozpustné soli mají mírný vliv na korozi ochranné sítě svahu a bludné proudy mají mírný vliv na korozi ochranné sítě svahu. Stupeň koroze vzorků půdy byl komplexně vyhodnocen a koroze na horním svahu byla mírná a koroze na středním a dolním svahu silná. Organická hmota v půdě významně korelovala s potenciálním gradientem. Dostupný dusík, dostupný draslík a dostupný fosfor významně korelovaly s anionty. Distribuce živin v půdě nepřímo souvisí s typem svahu.
Při stavbě železnic, dálnic a vodohospodářských zařízení se horským otvorům často nelze vyhnout. Vzhledem k horám na jihozápadě vyžaduje výstavba železnic v Číně velké množství výkopových prací v horách. To ničí původní půdu a vegetaci a vytváří obnažené skalnaté svahy. Tato situace vede k sesuvům půdy a erozi půdy, což ohrožuje bezpečnost železniční dopravy. Sesuvy půdy jsou pro silniční dopravu škodlivé, zejména po zemětřesení ve Wen-čchuanu 12. května 2008. Sesuvy půdy se staly široce rozšířenou a závažnou zemětřesnou katastrofou. V roce 2008 bylo v provincii S'-čchuan provedeno hodnocení 4 243 kilometrů klíčových silnic, které zahrnovaly 1 736 závažných zemětřesných katastrof v silničním podloží a opěrných zdech svahů, což představuje 39,76 % celkové délky hodnocení. Přímé ekonomické ztráty způsobené poškozením silnic překročily 58 miliard juanů 2,3. Globální příklady ukazují, že geohazardy po zemětřesení mohou trvat nejméně 10 let (zemětřesení na Tchaj-wanu) a dokonce i 40–50 let (zemětřesení v Kantó v Japonsku) 4,5. Sklon je hlavním faktorem ovlivňujícím nebezpečí zemětřesení 6,7. Proto je nutné udržovat sklon silnice a posilovat jeho stabilitu. Rostliny hrají nezastupitelnou roli v ochraně svahů a ekologické obnově krajiny 8. Ve srovnání s běžnými půdními svahy nemají skalní svahy akumulaci živin, jako je organická hmota, dusík, fosfor a draslík, a nemají půdní prostředí nezbytné pro růst vegetace. V důsledku faktorů, jako je velký sklon a dešťová eroze, se svahová půda snadno ztrácí. Svahové prostředí je drsné, postrádá nezbytné podmínky pro růst rostlin a svahová půda postrádá podpůrnou stabilitu9. Postřik svahu podkladovým materiálem k pokrytí půdy a ochraně svahu je v mé zemi běžně používanou technologií ekologické obnovy svahu. Umělá půda používaná k postřiku se skládá z drceného kamene, zemědělské půdy, slámy, vícesložkového hnojiva, činidla zadržujícího vodu a lepidla (běžně používaná lepidla zahrnují portlandský cement, organické lepidlo a asfaltový emulgátor) v určitém poměru. Technický postup je: nejprve se na skálu položí ostnatý drát, poté se ostnatý drát upevní nýty a kotevními šrouby a nakonec se na svah speciálním postřikovačem nastříká umělá půda obsahující semena. Nejčastěji se používá kovová síťovina ve tvaru diamantu 14#, která je plně pozinkovaná, se standardní velikostí ok 5 cm × 5 cm a průměrem 2 mm. Kovová síťovina umožňuje půdní matrici vytvořit na povrchu skály odolnou monolitickou desku. Kovová síťovina bude v půdě korodovat, protože samotná půda je elektrolyt a stupeň koroze závisí na vlastnostech půdy. Hodnocení faktorů koroze půdy má velký význam pro hodnocení eroze kovové sítě vyvolané půdou a eliminaci sesuvů půdy. nebezpečí.
Předpokládá se, že kořeny rostlin hrají klíčovou roli ve stabilizaci svahů a kontrole eroze10,11,12,13,14. Pro stabilizaci svahů proti mělkým sesuvům půdy lze použít vegetaci, protože kořeny rostlin mohou fixovat půdu a zabránit tak sesuvům půdy15,16,17. Dřevnatá vegetace, zejména stromy, pomáhá předcházet mělkým sesuvům půdy18. Robustní ochranná struktura tvořená vertikálními a bočními kořenovými systémy rostlin, které fungují jako výztužné piloty v půdě. Vývoj vzorců kořenové architektury je řízen geny a půdní prostředí hraje v těchto procesech rozhodující roli. Koroze kovů se liší v závislosti na půdním prostředí20. Stupeň koroze kovů v půdě se může pohybovat od poměrně rychlého rozpuštění až po zanedbatelný dopad21. Umělá půda se velmi liší od skutečné „půdy“. Vznik přírodních půd je výsledkem interakcí mezi vnějším prostředím a různými organismy po desítky milionů let22,23,24. Než dřevnatá vegetace vytvoří stabilní kořenový systém a ekosystém, je to, zda kovová síť v kombinaci se skalním svahem a umělou půdou může bezpečně fungovat, přímo spojeno s rozvojem přírodní ekonomiky, bezpečností života a... zlepšení ekologického prostředí.
Koroze kovů však může vést k obrovským ztrátám. Podle průzkumu provedeného v Číně na začátku 80. let 20. století v chemickém strojírenství a dalších průmyslových odvětvích představovaly ztráty způsobené korozí kovů 4 % celkové produkční hodnoty. Proto je velmi důležité studovat mechanismus koroze a přijímat ochranná opatření pro ekonomickou výstavbu. Půda je komplexní systém plynů, kapalin, pevných látek a mikroorganismů. Mikrobiální metabolity mohou korodovat materiály a bludné proudy mohou také způsobovat korozi. Proto je důležité předcházet korozi kovů uložených v půdě. V současné době se výzkum koroze kovů uložených v půdě zaměřuje především na (1) faktory ovlivňující korozi kovů v půdě25; (2) metody ochrany kovů26,27; (3) metody posuzování stupně koroze kovů28; korozi v různých médiích. Všechny půdy ve studii však byly přírodní a prošly dostatečnými procesy tvorby půdy. Neexistují však žádné zprávy o umělé erozi půdy na svazích železničních drah.
Ve srovnání s jinými korozivními médii má umělá půda charakteristiky nelikvidnosti, heterogenity, sezónnosti a regionality. Koroze kovů v umělých půdách je způsobena elektrochemickými interakcemi mezi kovy a umělými půdami. Kromě vrozených faktorů závisí rychlost koroze kovů také na okolním prostředí. Korozi kovů ovlivňuje řada faktorů jednotlivě nebo v kombinaci, jako je obsah vlhkosti, obsah kyslíku, celkový obsah rozpustných solí, obsah aniontů a kovových iontů, pH, půdní mikroby30,31,32.
Během 30 let praxe se stala problémem otázka, jak trvale zachovat umělé půdy na skalnatých svazích33. Keře nebo stromy nemohou na některých svazích růst po 10 letech ruční péče kvůli erozi půdy. Nečistoty na povrchu kovové sítě byly na některých místech odplaveny. V důsledku koroze některé kovové sítě popraskaly a ztratily veškerou půdu nad sebou i pod sebou (obrázek 1). V současné době se výzkum koroze železničních svahů zaměřuje především na korozi uzemňovací mřížky železničních rozvoden, korozi bludných proudů generovaných lehkou kolejovou dopravou a korozi železničních mostů34,35, kolejí a dalšího vybavení vozidel36. Nebyly hlášeny žádné případy koroze kovové sítě na ochranu železničních svahů. Tato práce zkoumá fyzikální, chemické a elektrochemické vlastnosti umělých půd na jihozápadním skalním svahu železnice Suiyu s cílem předpovědět korozi kovů posouzením vlastností půdy a poskytnout teoretický a praktický základ pro obnovu půdního ekosystému a umělou obnovu. Umělý svah.
Testovací lokalita se nachází v kopcovité oblasti S'-čchuanu (30°32′ s. š., 105°32′ v. d.) poblíž vlakového nádraží Suining. Oblast se nachází uprostřed S'-čchuanské pánve s nízkými horami a kopci, s jednoduchou geologickou strukturou a rovinatým terénem. Eroze, řezání a akumulace vody vytvářejí erodovanou kopcovitou krajinu. Podloží je převážně vápenec a nadloží je tvořeno převážně fialovým pískem a jílovcem. Celistvost horniny je špatná a struktura horniny je bloková. Studovaná oblast má subtropické vlhké monzunové klima se sezónními charakteristikami časného jara, horkého léta, krátkého podzimu a pozdní zimy. Srážky jsou hojné, zdroje světla a tepla jsou hojné, období bez mrazu je dlouhé (v průměru 285 dní), podnebí je mírné, průměrná roční teplota je 17,4 °C, průměrná teplota nejteplejšího měsíce (srpen) je 27,2 °C a extrémní maximální teplota je 39,3 °C. Nejchladnějším měsícem je leden (průměrná teplota je 6,5 °C), extrémní minimum... Teplota je -3,8 °C a průměrný roční úhrn srážek je 920 mm, koncentrovaných hlavně v červenci a srpnu. Srážky na jaře, v létě, na podzim a v zimě se značně liší. Podíl srážek v jednotlivých ročních obdobích je 19–21 %, 51–54 %, 22–24 % a 4–5 %.
Výzkumné místo se nachází na svahu o sklonu přibližně 45° na svahu železnice Yu-Sui, postavené v roce 2003. V dubnu 2012 bylo místo orientováno na jih, do 1 km od vlakového nádraží Suining. Jako kontrola byl použit přirozený svah. Ekologická obnova svahu využívá zahraniční technologii postřiku půdy pro ekologickou obnovu. Podle výšky svahu na straně železnice lze svah rozdělit na stoupající, střední a klesající svah (obr. 2). Vzhledem k tomu, že tloušťka umělé zeminy na vyříznutém svahu je asi 10 cm, používáme k odběru půdy z povrchu 0-8 cm pouze nerezovou lopatu, abychom zabránili znečištění kovovou sítí korozních produktů půdy. Pro každou polohu svahu byly stanoveny čtyři replikace s 15-20 náhodnými odběrnými body na replikaci. Každá replikace je směsí 15-20 náhodně určených odběrných bodů z linie ve tvaru S. Její čerstvá hmotnost je asi 500 gramů. Vzorky se vracejí do laboratoře v polyethylenových sáčcích se zipem ke zpracování. Půda se přirozeně suší na vzduchu a štěrk a zbytky živočichů a rostlin se vyberou, rozdrtí achátovou tyčinkou a prosejí nylonovým sítem s oky 20 a 100 mesh, s výjimkou hrubých částic.
Měření rezistivity půdy bylo provedeno pomocí testeru uzemňovacího odporu VICTOR4106 od společnosti Shengli Instrument Company; rezistivita půdy byla měřena v terénu; vlhkost půdy byla měřena metodou sušení. Přenosný digitální přístroj DMP-2 pro měření mv/pH má vysokou vstupní impedanci pro měření korozního potenciálu půdy. Potenciálový gradient a redoxní potenciál byly stanoveny přenosným digitálním přístrojem DMP-2 pro měření mv/pH, celková rozpustná sůl v půdě byla stanovena metodou sušení zbytků, obsah chloridových iontů v půdě byl stanoven titrační metodou AgNO3 (Mohrova metoda), obsah síranů v půdě byl stanoven nepřímou titrační metodou EDTA, metodou dvojité indikátorové titrace pro stanovení uhličitanu a hydrogenuhličitanu v půdě, metodou oxidace a zahřívání s dvojchromanem draselným pro stanovení organické hmoty v půdě, difuzní metodou alkalického roztoku pro stanovení dusíku z alkalické hydrolýzy v půdě, kolorimetrickou metodou štěpení H2SO4-HClO4 s Mo-Sb. Celkový fosfor v půdě a obsah dostupného fosforu v půdě byly stanoveny Olsenovou metodou (0,05 mol/l roztok NaHCO3 jako extrakční činidlo) a celkový obsah draslíku v půdě byl stanoven tavnou plamenovou fotometrií s hydroxidem sodným.
Experimentální data byla nejprve systematizována. SPSS Statistics 20 byl použit k provedení analýzy průměru, směrodatné odchylky, jednofaktorové ANOVA a korelační analýzy u lidí.
Tabulka 1 uvádí elektromechanické vlastnosti, anionty a živiny půd s různými sklony. Korozní potenciál, měrný odpor půdy a potenciálový gradient východ-západ různých sklonů byly všechny významné (P < 0,05). Redoxní potenciály klesajícího, středního a přirozeného sklonu byly významné (P < 0,05). Potenciální gradient kolmý ke kolejnici, tj. potenciálový gradient sever-jih, je stoupající svah > klesající svah > střední svah. Hodnota pH půdy byla v pořadí klesající svah > stoupající svah > střední svah > přirozený sklon. Celkový obsah rozpustných solí v přirozeném sklonu byl výrazně vyšší než v železničním svahu (P < 0,05). Celkový obsah rozpustných solí v půdě železničního svahu třetí třídy je vyšší než 500 mg/kg a celková rozpustná sůl má mírný vliv na korozi kovů. Obsah organické hmoty v půdě byl nejvyšší v přirozeném svahu a nejnižší ve svahu klesajícím (P < 0,05). Celkový obsah dusíku byl nejvyšší ve středním svahu a nejnižší ve svahu stoupajícím; Obsah dostupného dusíku byl nejvyšší v sestupném a středním svahu a nejnižší v přirozeném svahu; celkový obsah dusíku v stoupajícím a sestupném svahu železniční trati byl nižší, ale obsah dostupného dusíku byl vyšší. To naznačuje, že rychlost mineralizace organického dusíku v stoupání i z kopce je rychlá. Obsah dostupného draslíku je stejný jako obsah dostupného fosforu.
Půdní rezistivita je index udávající elektrickou vodivost a základní parametr pro posouzení koroze půdy. Mezi faktory ovlivňující měrný odpor půdy patří obsah vlhkosti, celkový obsah rozpustných solí, pH, textura půdy, teplota, obsah organické hmoty, teplota půdy a těsnost. Obecně řečeno, půdy s nízkým měrným odporem jsou korozivnější a naopak. Použití měrného odporu k posouzení korozivní agresivity půdy je metoda běžně používaná v různých zemích. Tabulka 1 ukazuje kritéria pro hodnocení stupně korozivní agresivity pro každý jednotlivý index37,38.
Podle výsledků zkoušek a norem v mé zemi (tabulka 1), pokud se korozivní schopnost půdy hodnotí pouze podle měrného odporu půdy, je půda na svahu směrem nahoru vysoce korozivní; půda na svahu směrem dolů je středně korozivní; korozivní schopnost půdy na středním svahu a přirozeném svahu je relativně nízká až slabá.
Mírný odpor půdy ve svahu stoupajícím směrem je výrazně nižší než v ostatních částech svahu, což může být způsobeno dešťovou erozí. Ornice ve svahu stéká s vodou do středního svahu, takže kovová ochranná síť svahu stoupajícího směrem je blízko ornice. Některé kovové sítě byly odkryté a dokonce zavěšené ve vzduchu (obrázek 1). Mírný odpor půdy byl měřen na místě; rozteč pilot byla 3 m; hloubka zaražení pilot byla menší než 15 cm. Holá kovová síť a odlupující se rez mohou ovlivnit výsledky měření. Proto je nespolehlivé hodnotit korozivní agresivitu půdy pouze na základě indexu odporu půdy. Při komplexním hodnocení koroze se měrný odpor půdy ve svahu nebere v úvahu.
Vzhledem k vysoké relativní vlhkosti způsobuje trvale vlhký vzduch v oblasti S'-čchuanu větší korozi kovových sítí vystavených vzduchu než kovových sítí zakopaných v půdě39. Vystavení drátěných sítí vzduchu může vést ke zkrácení životnosti, což může destabilizovat půdu ve svahu. Ztráta půdy může ztížit růst rostlin, zejména dřevin. Vzhledem k nedostatku dřevin je obtížné vytvořit kořenový systém ve svahu, který by půdu zpevnil. Zároveň růst rostlin může také zlepšit kvalitu půdy a zvýšit obsah humusu v půdě, což nejenže zadržuje vodu, ale také poskytuje dobré prostředí pro růst a rozmnožování zvířat a rostlin, čímž se snižuje ztráta půdy. Proto by se v rané fázi výstavby mělo na svah vysít více dřevnatých semen a průběžně přidávat látku zadržující vodu a zakrývat fólií pro ochranu, aby se snížila eroze půdy ve svahu dešťovou vodou.
Korozní potenciál je důležitým faktorem ovlivňujícím korozi ochranné sítě svahu na tříúrovňovém svahu a má největší vliv na stoupající svah (tabulka 2). Za normálních podmínek se korozní potenciál v daném prostředí příliš nemění. Znatelnou změnu mohou způsobit bludné proudy. Bludné proudy označují proudy 40, 41, 42, které pronikají do vozovky a půdy, když vozidla používají systém veřejné dopravy. S rozvojem dopravního systému dosáhl železniční dopravní systém v mé zemi rozsáhlé elektrifikace a korozi zakopaných kovů způsobenou únikem stejnosměrného proudu z elektrifikovaných železnic nelze ignorovat. V současné době lze k určení, zda půda obsahuje rušení bludnými proudy, použít gradient půdního potenciálu. Pokud je gradient potenciálu povrchové půdy nižší než 0,5 mV/m, je bludný proud nízký; pokud je gradient potenciálu v rozmezí 0,5 mV/m až 5,0 mV/m, je bludný proud střední; Pokud je potenciálový gradient větší než 5,0 mV/m, je úroveň bludného proudu vysoká. Plovoucí rozsah potenciálového gradientu (EW) středního, stoupajícího a klesajícího svahu je znázorněn na obrázku 3. Z hlediska plovoucího rozsahu existují mírné bludné proudy ve směru východ-západ a sever-jih středního svahu. Bludný proud je proto důležitým faktorem ovlivňujícím korozi kovových sítí ve středním a klesajícím svahu, zejména ve středním svahu.
Obecně platí, že redoxní potenciál půdy (Eh) nad 400 mV indikuje oxidační schopnost, nad 0-200 mV střední redukční schopnost a pod 0 mV velkou redukční schopnost. Čím nižší je redoxní potenciál půdy, tím větší je korozní schopnost půdních mikroorganismů vůči kovům44. Z redoxního potenciálu je možné předpovědět trend mikrobiální koroze půdy. Studie zjistila, že redoxní potenciál půdy na třech svazích byl vyšší než 500 mV a úroveň koroze byla velmi nízká. Ukazuje se, že stav ventilace půdy na svahu je dobrý, což nevede ke korozi anaerobních mikroorganismů v půdě.
Předchozí studie zjistily, že vliv pH půdy na erozi půdy je zřejmý. S kolísáním hodnoty pH je významně ovlivněna rychlost koroze kovových materiálů. PH půdy úzce souvisí s oblastí a mikroorganismy v půdě45,46,47. Obecně řečeno, vliv pH půdy na korozi kovových materiálů v mírně alkalické půdě není zřejmý. Půdy tří železničních svahů jsou všechny alkalické, takže vliv pH na korozi kovové sítě je slabý.
Jak je patrné z tabulky 3, korelační analýza ukazuje, že redoxní potenciál a poloha sklonu jsou významně pozitivně korelovány (R2 = 0,858), korozní potenciál a potenciální gradient (SN) jsou významně pozitivně korelovány (R2 = 0,755) a redoxní potenciál a potenciální gradient (SN) jsou významně pozitivně korelovány (R2 = 0,755). Mezi potenciálem a pH byla zjištěna významná negativní korelace (R2 = -0,724). Poloha svahu byla významně pozitivně korelována s redoxním potenciálem. To ukazuje, že v mikroprostředí různých poloh svahu existují rozdíly a půdní mikroorganismy úzce souvisejí s redoxním potenciálem48, 49, 50. Redoxní potenciál byl významně negativně korelován s pH51,52. Tento vztah naznačoval, že hodnoty pH a Eh se během redoxního procesu v půdě ne vždy měnily synchronně, ale měly negativní lineární vztah. Korozní potenciál kovu může představovat relativní schopnost získávat a ztrácet elektrony. Ačkoli korozní potenciál byl významně pozitivně korelován s potenciálovým gradientem (SN), potenciálový gradient může být způsoben snadnou ztrátou elektronů kovem.
Celkový obsah rozpustných solí v půdě úzce souvisí s korozivní agresivitou půdy. Obecně řečeno, čím vyšší je slanost půdy, tím nižší je měrný odpor půdy, a tím se zvyšuje její odpor. V půdních elektrolytech nejsou na korozi vlivy pouze anionty a jejich různé koncentrace, ale také uhličitany, chloridy a sírany. Celkový obsah rozpustných solí v půdě navíc nepřímo ovlivňuje korozi prostřednictvím vlivu dalších faktorů, jako je vliv elektrodového potenciálu v kovech a rozpustnost kyslíku v půdě53.
Většina rozpustných iontů disociovaných solí v půdě se přímo neúčastní elektrochemických reakcí, ale ovlivňuje korozi kovů prostřednictvím měrného odporu půdy. Čím vyšší je slanost půdy, tím silnější je vodivost půdy a tím silnější je eroze půdy. Obsah slanosti půdy v přírodních svazích je výrazně vyšší než v železničních svazích, což může být způsobeno tím, že přírodní svahy jsou bohaté na vegetaci, která přispívá k ochraně půdy a vody. Dalším důvodem může být to, že přírodní svah prošel tvorbou zralé půdy (půdní mateřský materiál vytvořený zvětráváním hornin), ale půda železničního svahu se skládá z úlomků drceného kamene jako matrice „umělé půdy“ a neprošla dostatečným procesem tvorby půdy. Minerály se neuvolňují. Kromě toho se ionty soli v hluboké půdě přírodních svahů vznesly kapilárním působením během povrchového odpařování a akumulovaly se v povrchové půdě, což vedlo ke zvýšení obsahu iontů soli v povrchové půdě. Tloušťka půdy železničního svahu je menší než 20 cm, což má za následek neschopnost ornice doplňovat sůl z hluboké půdy.
Kladné ionty (jako K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ atd.) mají malý vliv na korozi půdy, zatímco anionty hrají významnou roli v elektrochemickém procesu koroze a mají významný vliv na korozi kovů. Cl− může urychlit korozi anody a je nejvíce korozivním anionem; čím vyšší je obsah Cl−, tím silnější je koroze půdy. SO42− nejenže podporuje korozi oceli, ale také způsobuje korozi některých betonových materiálů54. Také koroduje železo. V sérii experimentů s kyselou půdou bylo zjištěno, že rychlost koroze je úměrná kyselosti půdy55. Chlorid a síran jsou hlavními složkami rozpustných solí, které mohou přímo urychlit kavitaci kovů. Studie ukázaly, že úbytek hmotnosti uhlíkové oceli v alkalických půdách je téměř úměrný přidání chloridových a síranových iontů56,57. Lee a kol. zjistili, že SO42- může bránit korozi, ale podporuje rozvoj korozních důlků, které se již vytvořily58.
Podle standardu pro hodnocení korozivní korozivosti půdy a výsledků testů byl obsah chloridových iontů v každém vzorku půdy na svahu vyšší než 100 mg/kg, což naznačuje silnou korozivost půdy. Obsah síranových iontů na svahu stoupajícím i klesajícím byl vyšší než 200 mg/kg a nižší než 500 mg/kg a půda byla mírně korodovaná. Obsah síranových iontů ve středním svahu je nižší než 200 mg/kg a koroze půdy je slabá. Pokud půdní médium obsahuje vysokou koncentraci, zapojí se do reakce a na povrchu kovové elektrody vytvoří korozní nánosy, čímž se korozní reakce zpomalí. S rostoucí koncentrací se nánosy mohou náhle rozbít, čímž se rychlost koroze výrazně zrychlí; s dalším zvyšováním koncentrace korozní nánosy pokryjí povrch kovové elektrody a rychlost koroze opět vykazuje zpomalující se trend. Studie zjistila, že množství nánosů v půdě bylo nižší, a proto mělo malý vliv na korozi.
Podle tabulky 4 ukázala korelace mezi sklonem a půdními anionty významnou pozitivní korelaci mezi sklonem a chloridovými ionty (R2 = 0,836) a významnou pozitivní korelaci mezi sklonem a celkovým obsahem rozpustných solí (R2 = 0,742).
To naznačuje, že za změny v celkovém množství rozpustných solí v půdě může být zodpovědný povrchový odtok a eroze půdy. Mezi celkovým množstvím rozpustných solí a chloridovými ionty existovala významná pozitivní korelace, což může být dáno tím, že celkové rozpustné soli jsou zásobárnou chloridových iontů a obsah celkových rozpustných solí určuje obsah chloridových iontů v půdních roztocích. Můžeme tedy vědět, že rozdíl ve sklonu může způsobit silnou korozi kovové síťoviny.
Organická hmota, celkový dusík, dostupný dusík, dostupný fosfor a dostupný draslík jsou základní živiny půdy, které ovlivňují kvalitu půdy a absorpci živin kořenovým systémem. Živiny v půdě jsou důležitým faktorem ovlivňujícím mikroorganismy v půdě, proto stojí za to zkoumat, zda existuje korelace mezi živinami v půdě a korozí kovů. Železnice Suiyu byla dokončena v roce 2003, což znamená, že umělá půda zažila pouze 9 let akumulace organické hmoty. Vzhledem ke specifice umělé půdy je nutné dobře porozumět živinám v umělé půdě.
Výzkum ukazuje, že obsah organické hmoty je nejvyšší v přirozené svahové půdě po celém procesu formování půdy. Obsah organické hmoty v půdě na nízkých svazích byl nejnižší. V důsledku vlivu zvětrávání a povrchového odtoku se živiny v půdě hromadí ve střední a spodní části svahu a tvoří silnou vrstvu humusu. Nicméně kvůli malým částicím a špatné stabilitě půdy na nízkých svazích je organická hmota snadno rozložena mikroorganismy. Průzkum zjistil, že vegetační pokrytí a rozmanitost ve střední a spodní části svahu byly vysoké, ale homogenita byla nízká, což může vést k nerovnoměrnému rozložení povrchových živin. Silná vrstva humusu zadržuje vodu a půdní organismy jsou aktivní. To vše urychluje rozklad organické hmoty v půdě.
Obsah alkalicky hydrolyzovaného dusíku ve svahu železničních tratí na stoupajícím, středním a klesajícím svahu byl vyšší než v přirozeném svahu, což naznačuje, že míra mineralizace organického dusíku ve svahu železniční trati byla výrazně vyšší než v přirozeném svahu. Čím menší jsou částice, tím nestabilnější je půdní struktura, tím snadněji mikroorganismy rozkládají organickou hmotu v agregátech a tím větší je zásoba mineralizovaného organického dusíku 60,61. V souladu s výsledky studie 62 byl obsah malých agregátů částic v půdě svahů železniční trati výrazně vyšší než v půdě přirozených svahů. Proto je nutné přijmout vhodná opatření ke zvýšení obsahu hnojiv, organické hmoty a dusíku v půdě svahu železniční trati a ke zlepšení udržitelného využití půdy. Plýtvání dostupným fosforem a draslíkem způsobené povrchovým odtokem představovalo 77,27 % až 99,79 % celkové ztráty svahu železniční trati. Povrchový odtok může být hlavním faktorem ztráty dostupných živin ve svahových půdách 63,64,65.
Jak je uvedeno v tabulce 4, existovala významná pozitivní korelace mezi polohou svahu a dostupným fosforem (R2=0,948) a korelace mezi polohou svahu a dostupným draslíkem byla stejná (R2=0,898). Ukazuje se, že poloha svahu ovlivňuje obsah dostupného fosforu a draslíku v půdě.
Sklon svahu je důležitým faktorem ovlivňujícím obsah organické hmoty v půdě a obohacení dusíkem66 a čím menší je sklon, tím vyšší je míra obohacení. U obohacení půdy živinami byla ztráta živin oslabena a vliv polohy svahu na obsah organické hmoty v půdě a celkové obohacení dusíkem nebyl zřejmý. Různé druhy a počty rostlin na různých svazích mají různé organické kyseliny vylučované kořeny rostlin. Organické kyseliny jsou prospěšné pro fixaci dostupného fosforu a dostupného draslíku v půdě. Proto existovala významná korelace mezi polohou svahu a dostupným fosforem a polohou svahu a dostupným draslíkem.
Aby bylo možné objasnit vztah mezi živinami v půdě a korozí půdy, je nutné analyzovat korelaci. Jak je uvedeno v tabulce 5, redoxní potenciál byl významně negativně korelován s dostupným dusíkem (R2 = -0,845) a významně pozitivně korelován s dostupným fosforem (R2 = 0,842) a dostupným draslíkem (R2 = 0,980). Redoxní potenciál odráží kvalitu redoxu, která je obvykle ovlivněna některými fyzikálními a chemickými vlastnostmi půdy, a poté ovlivňuje řadu vlastností půdy. Proto je důležitým faktorem při určování směru transformace živin v půdě67. Různé redoxní kvality mohou vést k různým stavům a dostupnosti nutričních faktorů. Redoxní potenciál má proto významnou korelaci s dostupným dusíkem, dostupným fosforem a dostupným draslíkem.
Kromě vlastností kovů souvisí korozní potenciál také s vlastnostmi půdy. Korozní potenciál byl významně negativně korelován s organickou hmotou, což naznačuje, že organická hmota měla významný vliv na korozní potenciál. Kromě toho byla organická hmota také významně negativně korelována s potenciálovým gradientem (SN) (R2 = -0,713) a síranovým iontem (R2 = -0,671), což naznačuje, že obsah organické hmoty také ovlivňuje potenciálový gradient (SN) a síranový ion. Mezi pH půdy a dostupným draslíkem byla zjištěna významná negativní korelace (R2 = -0,728).
Dostupný dusík byl významně negativně korelován s celkovými rozpustnými solemi a chloridovými ionty a dostupný fosfor a dostupný draslík byly významně pozitivně korelovány s celkovými rozpustnými solemi a chloridovými ionty. To naznačuje, že obsah dostupných živin významně ovlivňuje množství celkových rozpustných solí a chloridových iontů v půdě a anionty v půdě nevedou k akumulaci a přísunu dostupných živin. Celkový dusík byl významně negativně korelován se síranovými ionty a významně pozitivně korelován s hydrogenuhličitanem, což naznačuje, že celkový dusík má vliv na obsah síranů a hydrogenuhličitanů. Rostliny mají malou poptávku po síranových a hydrogenuhličitanových iontech, takže většina z nich je v půdě volná nebo absorbována půdními koloidy. Hydrogenuhličitanové ionty podporují akumulaci dusíku v půdě a síranové ionty snižují dostupnost dusíku v půdě. Proto je vhodné zvýšení obsahu dostupného dusíku a humusu v půdě prospěšné pro snížení korozivity půdy.
Půda je systém se složitým složením a vlastnostmi. Korozivní agresivita půdy je výsledkem synergického působení mnoha faktorů. Proto se k posouzení korozivní agresivity půdy obecně používá komplexní metoda hodnocení. S odkazem na „Předpis pro geotechnické inženýrské vyšetřování“ (GB50021-94) a zkušební metody Čínské sítě pro testování koroze půdy lze stupeň koroze půdy komplexně vyhodnotit podle následujících norem: (1) Hodnocení je slabá koroze, pokud se jedná pouze o slabou korozi, nedochází ke střední korozi nebo k silné korozi; (2) pokud nedochází k silné korozi, je to hodnoceno jako střední koroze; (3) pokud je přítomno jedno nebo dvě místa silné koroze, je to hodnoceno jako silná koroze; (4) pokud jsou přítomna 3 nebo více míst silné koroze, je to hodnoceno jako silná koroze pro silnou korozi.
Podle měrného odporu půdy, redoxního potenciálu, obsahu vody, obsahu solí, hodnoty pH a obsahu Cl a SO42 byly komplexně vyhodnoceny stupně koroze vzorků půdy na různých svazích. Výsledky výzkumu ukazují, že půdy na všech svazích jsou vysoce korozivní.
Korozní potenciál je důležitým faktorem ovlivňujícím korozi ochranné sítě svahu. Korozní potenciály všech tří svahů jsou nižší než -200 mV, což má největší vliv na korozi kovové sítě ve svahu. Potenciální gradient lze použít k posouzení velikosti bludného proudu v půdě. Bludný proud je důležitým faktorem ovlivňujícím korozi kovové sítě na středních svazích a svazích ve svahu, zejména na středních svazích. Celkový obsah rozpustných solí v půdách horních, středních a dolních svahů byl nad 500 mg/kg a korozní vliv na ochrannou síť svahu byl mírný. Obsah vody v půdě je důležitým faktorem ovlivňujícím korozi kovových sítí ve středních a nižších svazích a má větší vliv na korozi ochranných sítí svahu. Živiny jsou nejhojnější v půdě středních svahů, což naznačuje, že zde dochází k časté mikrobiální aktivitě a rychlému růstu rostlin.
Výzkum ukazuje, že korozní potenciál, potenciálový gradient, celkový obsah rozpustných solí a obsah vody jsou hlavními faktory ovlivňujícími korozi půdy na třech svazích a korozivní agresivita půdy je hodnocena jako silná. Koroze sítě ochrany svahu je nejzávažnější na středním svahu, což poskytuje referenci pro protikorozní návrh sítě ochrany železničního svahu. Vhodné přidání dostupného dusíku a organických hnojiv je prospěšné pro snížení koroze půdy, usnadnění růstu rostlin a v konečném důsledku stabilizaci svahu.
Jak citovat tento článek: Chen, J. a kol. Vliv složení půdy a elektrochemie na korozi sítě skalních svahů podél čínské železniční trati. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL a Yang, GL Dynamické charakteristiky svahů železničního podloží při zemětřesení. Přírodní katastrofa. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. a kol. Analýza typického poškození dálnic zemětřesením v oblasti Wen-čchuan v provincii S'-čchuan postižené zemětřesením [J]. Čínský časopis pro mechaniku a inženýrství hornin. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. a Jinsong, J. Analýza seismického poškození a protiopatření dálničních mostů při zemětřesení ve Wen-čchuanu. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY a Liu, CC Vliv zemětřesení v Čiči na sesuvy půdy vyvolané následnými dešti ve středním Tchaj-wanu. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. a kol. Dlouhodobé účinky sesuvů půdy vyvolaných zemětřesením na produkci sedimentů v horském povodí: oblast Tanzawa, Japonsko. geomorfologie. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. a Dedong, L. Přehled výzkumu v oblasti analýzy seismické stability geotechnických svahů. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Výzkum geologických rizik způsobených zemětřesením ve Wen-čchuanu v provincii S'-čchuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Ochrana svahů vegetací: kořenová mechanika některých tropických rostlin. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI a Kitayama, K. Topografické vlivy na tropické nízkohorské lesy za různých geologických podmínek na hoře Kinabalu na Borneu. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. a kol. Ideální vlastnosti kořenů rostlin pro ochranu přírodních a uměle vytvořených svahů před sesuvy půdy. Rostliny a půdy, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Vliv kořenů trav na erodibilitu ornice během koncentrovaného toku. Geomorphology 76, 54–67 (2006).