از بازدید شما از Nature.com متشکریم. نسخه مرورگری که استفاده می‌کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین تجربه، توصیه می‌کنیم از یک مرورگر به‌روز استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در Internet Explorer غیرفعال کنید). در عین حال، برای اطمینان از ادامه پشتیبانی، سایت را بدون استایل‌ها و جاوا اسکریپت نمایش خواهیم داد.
با در نظر گرفتن شیب راه‌آهن سوئی-چونگ‌کینگ به عنوان هدف تحقیق، مقاومت ویژه خاک، الکتروشیمی خاک (پتانسیل خوردگی، پتانسیل اکسایش-کاهش، گرادیان پتانسیل و pH)، آنیون‌های خاک (کل نمک‌های محلول، Cl-، SO42- و) و تغذیه خاک (میزان رطوبت، ماده آلی، نیتروژن کل، نیتروژن قلیایی هیدرولیز شده، فسفر موجود، پتاسیم موجود) در شیب‌های مختلف، درجه خوردگی بر اساس شاخص‌های فردی و شاخص‌های جامع خاک مصنوعی ارزیابی می‌شود. در مقایسه با سایر عوامل، آب بیشترین تأثیر را بر خوردگی شبکه حفاظت شیب دارد و پس از آن میزان آنیون قرار دارد. کل نمک محلول تأثیر متوسطی بر خوردگی شبکه حفاظت شیب دارد و جریان سرگردان تأثیر متوسطی بر خوردگی شبکه حفاظت شیب دارد. درجه خوردگی نمونه‌های خاک به طور جامع ارزیابی شد و خوردگی در شیب بالایی متوسط ​​و خوردگی در شیب‌های میانی و پایینی قوی بود. ماده آلی موجود در خاک با گرادیان پتانسیل همبستگی معنی‌داری داشت. نیتروژن موجود، پتاسیم موجود و فسفر موجود با آنیون‌ها همبستگی معنی‌داری داشتند. توزیع مواد مغذی خاک به طور غیرمستقیم با نوع شیب.
هنگام ساخت راه‌آهن، بزرگراه‌ها و تأسیسات حفاظت از آب، ایجاد شکاف در کوه‌ها اغلب اجتناب‌ناپذیر است. به دلیل وجود کوه‌ها در جنوب غربی، ساخت راه‌آهن چین نیاز به حفاری زیاد در کوه دارد. این کار خاک و پوشش گیاهی اولیه را از بین می‌برد و دامنه‌های سنگی نمایان ایجاد می‌کند. این وضعیت منجر به رانش زمین و فرسایش خاک می‌شود و بنابراین ایمنی حمل و نقل ریلی را تهدید می‌کند. رانش زمین به ویژه پس از زلزله ۱۲ مه ۲۰۰۸ ونچوان، برای ترافیک جاده‌ای مضر است. رانش زمین به یک فاجعه زلزله گسترده و جدی تبدیل شده است. در ارزیابی سال ۲۰۰۸ از ۴۲۴۳ کیلومتر جاده اصلی اصلی در استان سیچوان، ۱۷۳۶ فاجعه زلزله شدید در بستر جاده‌ها و دیوارهای حائل شیب رخ داد که ۳۹.۷۶٪ از کل طول ارزیابی را تشکیل می‌دهد. خسارات اقتصادی مستقیم ناشی از خسارت جاده‌ای از ۵۸ میلیارد یوان فراتر رفت. ۲.۳. نمونه‌های جهانی نشان می‌دهند که خطرات زمین‌لرزه پس از زلزله می‌توانند حداقل ۱۰ سال (زلزله تایوان) و حتی تا ۴۰-۵۰ سال (زلزله کانتو در ژاپن) ادامه داشته باشند. ۴.۵. شیب عامل اصلی مؤثر بر خطر زلزله است. ۶.۷. بنابراین، حفظ شیب جاده و تقویت پایداری آن ضروری است. گیاهان نقش غیرقابل جایگزینی در حفاظت از شیب و احیای چشم‌انداز اکولوژیکی ایفا می‌کنند. ۸. در مقایسه با شیب‌های معمولی خاک، شیب‌های سنگی تجمع عوامل مغذی مانند مواد آلی، نیتروژن، فسفر و پتاسیم را ندارند و محیط خاک لازم برای رشد پوشش گیاهی را ندارند. به دلیل عواملی مانند شیب زیاد و فرسایش باران، خاک شیب به راحتی از بین می‌رود. محیط شیب خشن است، فاقد شرایط لازم برای رشد گیاه است و خاک شیب فاقد پایداری لازم برای پشتیبانی است.9 پاشش شیب با مواد پایه برای پوشاندن خاک برای محافظت از شیب، یک فناوری رایج در کشور من برای احیای اکولوژیکی شیب است. خاک مصنوعی مورد استفاده برای پاشش از سنگ خرد شده، خاک مزرعه، کاه، کود ترکیبی، ماده نگهدارنده آب و چسب (چسب‌های رایج شامل سیمان پرتلند، چسب آلی و امولسیفایر آسفالت) به نسبت مشخصی تشکیل شده است. فرآیند فنی این است: ابتدا سیم خاردار را روی سنگ قرار دهید، سپس سیم خاردار را با پرچ و پیچ لنگر ثابت کنید و در نهایت خاک مصنوعی حاوی دانه را با یک سمپاش مخصوص روی شیب اسپری کنید. بیشتر از توری فلزی الماس شکل 14# که کاملاً گالوانیزه شده است، با استاندارد توری 5 سانتی متر × 5 سانتی متر و قطر 2 میلی متر استفاده می‌شود. توری فلزی به ماتریس خاک اجازه می‌دهد تا یک تخته یکپارچه بادوام روی سطح سنگ تشکیل دهد. توری فلزی در خاک دچار خوردگی می‌شود، زیرا خود خاک یک الکترولیت است و میزان خوردگی به ویژگی‌های آن بستگی دارد. خاک. ارزیابی عوامل خوردگی خاک برای ارزیابی فرسایش شبکه فلزی ناشی از خاک و از بین بردن خطرات رانش زمین از اهمیت زیادی برخوردار است.
اعتقاد بر این است که ریشه‌های گیاهان نقش حیاتی در تثبیت شیب و کنترل فرسایش دارند10،11،12،13،14. برای تثبیت شیب‌ها در برابر رانش زمین‌های کم‌عمق، می‌توان از پوشش گیاهی استفاده کرد زیرا ریشه‌های گیاهان می‌توانند خاک را تثبیت کرده و از رانش زمین جلوگیری کنند15،16،17. پوشش گیاهی چوبی، به ویژه درختان، به جلوگیری از رانش زمین‌های کم‌عمق کمک می‌کند18. یک ساختار محافظ محکم که توسط سیستم‌های ریشه عمودی و جانبی گیاهان تشکیل شده و به عنوان شمع‌های تقویت‌کننده در خاک عمل می‌کنند. توسعه الگوهای معماری ریشه توسط ژن‌ها هدایت می‌شود و محیط خاک نقش تعیین‌کننده‌ای در این فرآیندها دارد. خوردگی فلزات با محیط خاک متفاوت است20. درجه خوردگی فلزات در خاک می‌تواند از انحلال نسبتاً سریع تا تأثیر ناچیز متغیر باشد21. خاک مصنوعی با "خاک" واقعی بسیار متفاوت است. تشکیل خاک‌های طبیعی نتیجه تعاملات بین محیط خارجی و موجودات مختلف در طول ده‌ها میلیون سال است22،23،24. قبل از اینکه پوشش گیاهی چوبی یک سیستم ریشه و اکوسیستم پایدار تشکیل دهد، اینکه آیا شبکه فلزی همراه با شیب سنگی و خاک مصنوعی می‌تواند با خیال راحت عمل کند یا خیر، مستقیماً به ... مربوط به توسعه اقتصاد طبیعی، ایمنی زندگی و بهبود محیط زیست.
با این حال، خوردگی فلزات می‌تواند منجر به خسارات هنگفتی شود. طبق یک نظرسنجی که در اوایل دهه 1980 در چین روی ماشین‌آلات شیمیایی و سایر صنایع انجام شد، خسارات ناشی از خوردگی فلزات 4٪ از کل ارزش خروجی را تشکیل می‌داد. بنابراین، مطالعه مکانیسم خوردگی و انجام اقدامات حفاظتی برای ساخت و ساز اقتصادی از اهمیت بالایی برخوردار است. خاک یک سیستم پیچیده از گازها، مایعات، جامدات و میکروارگانیسم‌ها است. متابولیت‌های میکروبی می‌توانند مواد را خورده و جریان‌های سرگردان نیز می‌توانند باعث خوردگی شوند. بنابراین، جلوگیری از خوردگی فلزات دفن شده در خاک مهم است. در حال حاضر، تحقیقات در مورد خوردگی فلزات دفن شده عمدتاً بر (1) عوامل مؤثر بر خوردگی فلزات دفن شده25؛ (2) روش‌های حفاظت از فلزات26،27؛ (3) روش‌های قضاوت برای درجه خوردگی فلزات28؛ خوردگی در محیط‌های مختلف متمرکز است. با این حال، تمام خاک‌های مورد مطالعه طبیعی بودند و فرآیندهای تشکیل خاک کافی را طی کرده بودند. با این حال، هیچ گزارشی در مورد فرسایش مصنوعی خاک دامنه‌های سنگی راه‌آهن وجود ندارد.
در مقایسه با سایر محیط‌های خورنده، خاک مصنوعی دارای ویژگی‌های عدم سیالیت، ناهمگنی، فصلی بودن و منطقه‌ای بودن است. خوردگی فلزات در خاک‌های مصنوعی ناشی از برهمکنش‌های الکتروشیمیایی بین فلزات و خاک‌های مصنوعی است. علاوه بر عوامل ذاتی، سرعت خوردگی فلزات به محیط اطراف نیز بستگی دارد. عوامل مختلفی به صورت جداگانه یا ترکیبی بر خوردگی فلزات تأثیر می‌گذارند، مانند میزان رطوبت، میزان اکسیژن، میزان کل نمک‌های محلول، میزان آنیون و یون فلزی، pH، میکروب‌های خاک30،31،32.
در 30 سال تجربه، این سوال که چگونه می‌توان خاک‌های مصنوعی را به طور دائم در دامنه‌های سنگی حفظ کرد، یک مشکل بوده است33. بوته‌ها یا درختان پس از 10 سال مراقبت دستی به دلیل فرسایش خاک نمی‌توانند در برخی از دامنه‌ها رشد کنند. خاک روی سطح توری فلزی در برخی نقاط شسته شد. به دلیل خوردگی، برخی از توری‌های فلزی ترک خوردند و تمام خاک بالا و پایین خود را از دست دادند (شکل 1). در حال حاضر، تحقیقات در مورد خوردگی شیب راه‌آهن عمدتاً بر خوردگی شبکه زمین پست‌های راه‌آهن، خوردگی جریان سرگردان ایجاد شده توسط قطار سبک شهری و خوردگی پل‌های راه‌آهن34،35، ریل‌ها و سایر تجهیزات خودرو36 متمرکز است. هیچ گزارشی از خوردگی توری فلزی محافظ شیب راه‌آهن وجود نداشته است. این مقاله به بررسی خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی خاک‌های مصنوعی در دامنه سنگی جنوب غربی راه‌آهن سوئیو می‌پردازد و هدف آن پیش‌بینی خوردگی فلز با ارزیابی خواص خاک و ارائه مبانی نظری و عملی برای احیای اکوسیستم خاک و احیای مصنوعی است. شیب مصنوعی.
محل آزمایش در منطقه تپه‌ای سیچوان (30°32′N، 105°32′E) در نزدیکی ایستگاه راه‌آهن سوینینگ واقع شده است. این منطقه در وسط حوضه سیچوان، با کوه‌ها و تپه‌های کم ارتفاع، با ساختار زمین‌شناسی ساده و زمین مسطح واقع شده است. فرسایش، برش و تجمع آب، مناظر تپه‌ای فرسایش یافته‌ای را ایجاد می‌کند. سنگ بستر عمدتاً سنگ آهک است و روباره عمدتاً ماسه بنفش و گلسنگ است. یکپارچگی ضعیف است و سنگ ساختاری بلوکی دارد. منطقه مورد مطالعه دارای آب و هوای موسمی مرطوب نیمه گرمسیری با ویژگی‌های فصلی اوایل بهار، تابستان گرم، پاییز کوتاه و اواخر زمستان است. بارندگی فراوان است، منابع نور و گرما فراوان است، دوره بدون یخبندان طولانی است (به طور متوسط ​​285 روز)، آب و هوا معتدل است، میانگین دمای سالانه 17.4 درجه سانتیگراد است، میانگین دمای گرمترین ماه (آگوست) 27.2 درجه سانتیگراد و حداکثر دمای شدید 39.3 درجه سانتیگراد است. سردترین ماه ژانویه است. (میانگین دما ۶.۵ درجه سانتیگراد)، حداقل دما -۳.۸ درجه سانتیگراد و میانگین بارندگی سالانه ۹۲۰ میلی‌متر است که عمدتاً در ماه‌های جولای و آگوست متمرکز است. میزان بارندگی در بهار، تابستان، پاییز و زمستان بسیار متفاوت است. نسبت بارندگی در هر فصل سال به ترتیب ۱۹-۲۱٪، ۵۱-۵۴٪، ۲۲-۲۴٪ و ۴-۵٪ است.
محل تحقیق، شیبی حدود ۴۵ درجه در دامنه راه‌آهن یو-سوئی است که در سال ۲۰۰۳ ساخته شد. در آوریل ۲۰۱۲، این مکان در فاصله ۱ کیلومتری ایستگاه راه‌آهن سوینینگ، رو به جنوب قرار داشت. شیب طبیعی به عنوان کنترل استفاده شد. در بازسازی اکولوژیکی شیب، از فناوری پاشش خاک سطحی خارجی برای بازسازی اکولوژیکی استفاده شده است. با توجه به ارتفاع شیب جانبی راه آهن، شیب را می‌توان به شیب بالا، شیب میانی و شیب پایین تقسیم کرد (شکل 2). از آنجایی که ضخامت خاک مصنوعی شیب برش خورده حدود 10 سانتی‌متر است، برای جلوگیری از آلودگی محصولات خوردگی شبکه فلزی خاک، ما فقط از یک بیل فولادی ضد زنگ برای برداشتن سطح خاک از 0 تا 8 سانتی‌متر استفاده می‌کنیم. برای هر موقعیت شیب، چهار تکرار تعیین شد و 15 تا 20 نقطه نمونه‌برداری تصادفی در هر تکرار در نظر گرفته شد. هر تکرار ترکیبی از 15 تا 20 نقطه نمونه‌برداری تصادفی از نقاط نمونه‌برداری خطی S شکل است. وزن تازه آن حدود 500 گرم است. نمونه‌ها را در کیسه‌های زیپ‌دار پلی‌اتیلنی برای پردازش به آزمایشگاه برگردانید. خاک به طور طبیعی در هوا خشک می‌شود و شن و بقایای حیوانی و گیاهی برداشته می‌شوند، با چوب عقیق خرد می‌شوند و با نایلون 20 مش و 100 مش الک می‌شوند. به جز ذرات درشت، الک کنید.
مقاومت ویژه خاک توسط دستگاه تست مقاومت زمین VICTOR4106 تولید شرکت ابزار دقیق شنگلی اندازه‌گیری شد؛ مقاومت ویژه خاک در محل اندازه‌گیری شد؛ رطوبت خاک با روش خشک کردن اندازه‌گیری شد. دستگاه دیجیتال قابل حمل mv/pH مدل DMP-2 دارای امپدانس ورودی بالا برای اندازه‌گیری پتانسیل خوردگی خاک است. گرادیان پتانسیل و پتانسیل اکسایش-کاهش با استفاده از دستگاه دیجیتال قابل حمل mv/pH مدل DMP-2 تعیین شدند، کل نمک محلول در خاک با روش خشک کردن باقیمانده تعیین شد، مقدار یون کلرید در خاک با روش تیتراسیون AgNO3 (روش موهر) تعیین شد، مقدار سولفات خاک با روش تیتراسیون غیرمستقیم EDTA، روش تیتراسیون دوگانه معرف برای تعیین کربنات و بی‌کربنات خاک، روش گرمایش اکسیداسیون دی‌کرومات پتاسیم برای تعیین ماده آلی خاک، روش انتشار محلول قلیایی برای تعیین نیتروژن حاصل از هیدرولیز قلیایی خاک، روش رنگ‌سنجی هضم H2SO4-HClO4 Mo-Sb فسفر کل خاک و مقدار فسفر موجود در خاک با روش اولسن (محلول 0.05 مول در لیتر NaHCO3 به عنوان عصاره‌گیر) و مقدار کل پتاسیم در خاک با روش فتومتری همجوشی-شعله‌ای هیدروکسید سدیم تعیین شد.
داده‌های تجربی در ابتدا سیستماتیک شدند. از نرم‌افزار SPSS Statistics 20 برای انجام میانگین، انحراف معیار، آنالیز واریانس یک‌طرفه و تحلیل همبستگی انسانی استفاده شد.
جدول 1 خواص الکترومکانیکی، آنیون‌ها و مواد مغذی خاک‌ها با شیب‌های مختلف را نشان می‌دهد. پتانسیل خوردگی، مقاومت ویژه خاک و گرادیان پتانسیل شرقی-غربی شیب‌های مختلف همگی معنی‌دار بودند (P < 0.05). پتانسیل‌های اکسایش-کاهش در شیب‌های پایین، میانی و طبیعی معنی‌دار بودند (P < 0.05). گرادیان پتانسیل عمود بر ریل، یعنی گرادیان پتانسیل شمال-جنوب، به صورت شیب بالا> شیب پایین> شیب میانی است. مقدار pH خاک به ترتیب شیب پایین> شیب بالا> شیب میانی> شیب طبیعی بود. کل نمک محلول در شیب طبیعی به طور قابل توجهی بیشتر از شیب راه‌آهن بود (P < 0.05). کل محتوای نمک محلول خاک شیب راه‌آهن درجه سه بالای 500 میلی‌گرم بر کیلوگرم است و کل نمک محلول تأثیر متوسطی بر خوردگی فلزات دارد. محتوای ماده آلی خاک در شیب طبیعی بیشترین و در شیب پایین کمترین بود (P < 0.05). کل محتوای نیتروژن در شیب میانی بیشترین و در شیب بالا کمترین بود؛ محتوای نیتروژن موجود در شیب رو به پایین و شیب میانی بیشترین و در شیب طبیعی کمترین بود؛ محتوای کل نیتروژن در شیب رو به بالا و پایین راه آهن کمتر بود، اما محتوای نیتروژن موجود بیشتر بود. این نشان می‌دهد که سرعت معدنی شدن نیتروژن آلی در سربالایی و سرازیری سریع است. محتوای پتاسیم موجود با فسفر موجود یکسان است.
مقاومت ویژه خاک شاخصی است که رسانایی الکتریکی را نشان می‌دهد و یک پارامتر اساسی برای قضاوت در مورد خوردگی خاک است. عواملی که بر مقاومت ویژه خاک تأثیر می‌گذارند شامل میزان رطوبت، میزان کل نمک محلول، pH، بافت خاک، دما، میزان مواد آلی، دمای خاک و میزان سفتی آن است. به طور کلی، خاک‌هایی با مقاومت ویژه کم، خورنده‌تر هستند و برعکس. استفاده از مقاومت ویژه برای قضاوت در مورد خوردگی خاک روشی است که معمولاً در کشورهای مختلف استفاده می‌شود. جدول 1 معیارهای ارزیابی درجه خوردگی را برای هر شاخص واحد نشان می‌دهد37،38.
طبق نتایج آزمایش‌ها و استانداردهای موجود در کشور من (جدول 1)، اگر میزان خوردگی خاک فقط با مقاومت ویژه خاک ارزیابی شود، خاک روی شیب سربالایی بسیار خورنده است؛ خاک روی شیب سراشیبی خورندگی متوسطی دارد؛ و میزان خوردگی خاک روی شیب میانی و شیب طبیعی نسبتاً کم و ضعیف است.
مقاومت ویژه خاک در شیب سربالایی به طور قابل توجهی کمتر از سایر قسمت‌های شیب است که ممکن است ناشی از فرسایش باران باشد. خاک سطحی در شیب سربالایی همراه با آب به سمت شیب میانی جریان می‌یابد، به طوری که توری محافظ فلزی شیب سربالایی نزدیک به خاک سطحی قرار می‌گیرد. برخی از توری‌های فلزی نمایان و حتی در هوا معلق بودند (شکل 1). مقاومت ویژه خاک در محل اندازه‌گیری شد؛ فاصله شمع‌ها 3 متر بود؛ عمق کوبیدن شمع‌ها کمتر از 15 سانتی‌متر بود. توری فلزی لخت و زنگ زدگی پوسته پوسته شده می‌تواند در نتایج اندازه‌گیری اختلال ایجاد کند. بنابراین، ارزیابی خوردگی خاک فقط با استفاده از شاخص مقاومت ویژه خاک غیرقابل اعتماد است. در ارزیابی جامع خوردگی، مقاومت ویژه خاک شیب سربالایی در نظر گرفته نمی‌شود.
به دلیل رطوبت نسبی بالا، هوای مرطوب دائمی در منطقه سیچوان باعث می‌شود که توری فلزی در معرض هوا، بیشتر از توری فلزی دفن شده در خاک دچار خوردگی شود39. قرار گرفتن توری سیمی در معرض هوا می‌تواند منجر به کاهش عمر مفید آن شود که می‌تواند خاک‌های سربالایی را بی‌ثبات کند. از بین رفتن خاک می‌تواند رشد گیاهان، به ویژه گیاهان چوبی، را دشوار کند. به دلیل کمبود گیاهان چوبی، تشکیل سیستم ریشه در سربالایی برای سفت کردن خاک دشوار است. در عین حال، رشد گیاه همچنین می‌تواند کیفیت خاک را بهبود بخشد و محتوای هوموس را در خاک افزایش دهد که نه تنها می‌تواند آب را حفظ کند، بلکه محیط مناسبی را برای رشد و تولید مثل حیوانات و گیاهان فراهم می‌کند و در نتیجه از بین رفتن خاک را کاهش می‌دهد. بنابراین، در مراحل اولیه ساخت و ساز، باید بذرهای چوبی بیشتری در سربالایی کاشته شود و ماده نگهدارنده آب باید به طور مداوم اضافه شود و برای محافظت با فیلم پوشانده شود تا فرسایش خاک سربالایی توسط آب باران کاهش یابد.
پتانسیل خوردگی عامل مهمی است که بر خوردگی شبکه محافظ شیب در شیب سه سطحی تأثیر می‌گذارد و بیشترین تأثیر را بر شیب سربالایی دارد (جدول 2). در شرایط عادی، پتانسیل خوردگی در یک محیط معین تغییر زیادی نمی‌کند. تغییر قابل توجهی می‌تواند توسط جریان‌های سرگردان ایجاد شود. جریان‌های سرگردان به جریان‌های 40، 41، 42 اشاره دارند که هنگام استفاده وسایل نقلیه از سیستم حمل و نقل عمومی به بستر جاده و محیط خاک نشت می‌کنند. با توسعه سیستم حمل و نقل، سیستم حمل و نقل ریلی کشور من به برق‌رسانی در مقیاس بزرگ دست یافته است و خوردگی فلزات مدفون ناشی از نشت جریان مستقیم از راه‌آهن‌های برقی را نمی‌توان نادیده گرفت. در حال حاضر، می‌توان از گرادیان پتانسیل خاک برای تعیین اینکه آیا خاک حاوی اختلالات جریان سرگردان است یا خیر، استفاده کرد. هنگامی که گرادیان پتانسیل خاک سطحی کمتر از 0.5 میلی ولت بر متر باشد، جریان سرگردان کم است. هنگامی که گرادیان پتانسیل در محدوده 0.5 میلی ولت بر متر تا 5.0 میلی ولت بر متر باشد، جریان سرگردان متوسط ​​است. وقتی گرادیان پتانسیل بیشتر از 5.0 میلی‌ولت بر متر باشد، سطح جریان سرگردان بالا است. محدوده شناور گرادیان پتانسیل (EW) در میانه شیب، بالای شیب و پایین شیب در شکل 3 نشان داده شده است. از نظر محدوده شناور، جریان‌های سرگردان متوسطی در جهت‌های شرقی-غربی و شمالی-جنوبی میانه شیب وجود دارد. بنابراین، جریان سرگردان عامل مهمی است که بر خوردگی توری‌های فلزی در میانه شیب و پایین شیب، به ویژه در میانه شیب، تأثیر می‌گذارد.
به طور کلی، پتانسیل اکسایش-کاهش خاک (Eh) بالای ۴۰۰ میلی‌ولت نشان دهنده توانایی اکسیدکنندگی، بالای ۰ تا ۲۰۰ میلی‌ولت نشان دهنده توانایی کاهش متوسط ​​و زیر ۰ میلی‌ولت نشان دهنده توانایی کاهش زیاد است. هرچه پتانسیل اکسایش-کاهش خاک کمتر باشد، توانایی خوردگی میکروارگانیسم‌های خاک به فلزات بیشتر است۴۴. می‌توان روند خوردگی میکروبی خاک را از پتانسیل اکسایش-کاهش پیش‌بینی کرد. این مطالعه نشان داد که پتانسیل اکسایش-کاهش خاک سه شیب بیشتر از ۵۰۰ میلی‌ولت و سطح خوردگی بسیار کم بود. این نشان می‌دهد که وضعیت تهویه خاک زمین شیب‌دار خوب است، که برای خوردگی میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی در خاک مساعد نیست.
مطالعات قبلی نشان داده‌اند که تأثیر pH خاک بر فرسایش خاک آشکار است. با نوسان مقدار pH، میزان خوردگی مواد فلزی به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می‌گیرد. pH خاک ارتباط نزدیکی با منطقه و میکروارگانیسم‌های موجود در خاک دارد45،46،47. به طور کلی، تأثیر pH خاک بر خوردگی مواد فلزی در خاک کمی قلیایی آشکار نیست. خاک‌های سه شیب راه‌آهن همگی قلیایی هستند، بنابراین تأثیر pH بر خوردگی توری فلزی ضعیف است.
همانطور که از جدول 3 مشاهده می‌شود، تحلیل همبستگی نشان می‌دهد که پتانسیل اکسایش-کاهش و موقعیت شیب به طور قابل توجهی همبستگی مثبت دارند (R2 = 0.858)، پتانسیل خوردگی و گرادیان پتانسیل (SN) به طور قابل توجهی همبستگی مثبت دارند (R2 = 0.755)، و پتانسیل اکسایش-کاهش و گرادیان پتانسیل (SN) به طور قابل توجهی همبستگی مثبت دارند (R2 = 0.755). همبستگی منفی معنی‌داری بین پتانسیل و pH وجود داشت (R2 = -0.724). موقعیت شیب با پتانسیل اکسایش-کاهش همبستگی مثبت و معنی‌داری داشت. این نشان می‌دهد که تفاوت‌هایی در ریزمحیط موقعیت‌های مختلف شیب وجود دارد و میکروارگانیسم‌های خاک ارتباط نزدیکی با پتانسیل اکسایش-کاهش دارند48، 49، 50. پتانسیل اکسایش-کاهش همبستگی منفی و معنی‌داری با pH داشت51، 52. این رابطه نشان داد که مقادیر pH و Eh همیشه در طول فرآیند اکسایش-کاهش خاک به طور همزمان تغییر نمی‌کنند، بلکه یک رابطه خطی منفی دارند. پتانسیل خوردگی فلز می‌تواند نشان‌دهنده توانایی نسبی برای به دست آوردن و از دست دادن الکترون باشد. اگرچه پتانسیل خوردگی با گرادیان پتانسیل (SN) همبستگی مثبت و معنی‌داری داشت، اما گرادیان پتانسیل ممکن است ناشی از از دست دادن آسان الکترون‌ها توسط فلز باشد.
میزان کل نمک‌های محلول خاک ارتباط نزدیکی با خورندگی خاک دارد. به طور کلی، هرچه شوری خاک بیشتر باشد، مقاومت ویژه خاک کمتر است و در نتیجه مقاومت خاک افزایش می‌یابد. در الکترولیت‌های خاک، نه تنها آنیون‌ها و محدوده‌های مختلف، بلکه کربنات‌ها، کلریدها و سولفات‌ها نیز عمدتاً بر خوردگی تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، میزان کل نمک‌های محلول در خاک به طور غیرمستقیم از طریق تأثیر عوامل دیگر، مانند تأثیر پتانسیل الکترود در فلزات و حلالیت اکسیژن خاک، بر خوردگی تأثیر می‌گذارد53.
بیشتر یون‌های محلول در نمک موجود در خاک مستقیماً در واکنش‌های الکتروشیمیایی شرکت نمی‌کنند، بلکه از طریق مقاومت ویژه خاک بر خوردگی فلزات تأثیر می‌گذارند. هرچه شوری خاک بیشتر باشد، رسانایی خاک بیشتر و فرسایش خاک بیشتر می‌شود. میزان شوری خاک در شیب‌های طبیعی به طور قابل توجهی بیشتر از شیب‌های راه‌آهن است که ممکن است به این دلیل باشد که شیب‌های طبیعی غنی از پوشش گیاهی هستند که برای حفاظت از خاک و آب مفید است. دلیل دیگر ممکن است این باشد که شیب طبیعی تشکیل خاک بالغ (ماده اولیه خاک که توسط هوازدگی سنگ تشکیل می‌شود) را تجربه کرده است، اما خاک شیب راه‌آهن از قطعات سنگ خرد شده به عنوان ماتریس "خاک مصنوعی" تشکیل شده است و فرآیند تشکیل خاک کافی را طی نکرده است. مواد معدنی آزاد نمی‌شوند. علاوه بر این، یون‌های نمک در خاک عمیق شیب‌های طبیعی از طریق عمل مویرگی در طول تبخیر سطحی بالا رفته و در خاک سطحی انباشته می‌شوند و در نتیجه محتوای یون‌های نمک در خاک سطحی افزایش می‌یابد. ضخامت خاک شیب راه‌آهن کمتر از 20 سانتی‌متر است که منجر به عدم توانایی خاک سطحی در جذب نمک از خاک عمیق می‌شود.
یون‌های مثبت (مانند K+، Na+، Ca2+، Mg2+، Al3+ و غیره) تأثیر کمی بر خوردگی خاک دارند، در حالی که آنیون‌ها نقش مهمی در فرآیند الکتروشیمیایی خوردگی دارند و تأثیر قابل توجهی بر خوردگی فلزات دارند. Cl− می‌تواند خوردگی آند را تسریع کند و خورنده‌ترین آنیون است. هرچه مقدار Cl− بیشتر باشد، خوردگی خاک قوی‌تر است. SO42− نه تنها خوردگی فولاد را افزایش می‌دهد، بلکه باعث خوردگی در برخی از مواد بتنی نیز می‌شود54. همچنین باعث خوردگی آهن می‌شود. در یک سری آزمایش‌های خاک اسیدی، مشخص شد که سرعت خوردگی متناسب با اسیدیته خاک است55. کلرید و سولفات اجزای اصلی نمک‌های محلول هستند که می‌توانند مستقیماً کاویتاسیون فلزات را تسریع کنند. مطالعات نشان داده‌اند که کاهش وزن خوردگی فولاد کربنی در خاک‌های قلیایی تقریباً متناسب با افزودن یون‌های کلرید و سولفات است56،57. لی و همکارانش دریافتند که SO42− ممکن است مانع خوردگی شود، اما توسعه حفره‌های خوردگی که قبلاً تشکیل شده‌اند را افزایش می‌دهد58.
طبق استاندارد ارزیابی خوردگی خاک و نتایج آزمایش، میزان یون کلرید در هر نمونه خاک شیب بالای 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم بود که نشان‌دهنده خوردگی شدید خاک است. میزان یون سولفات در هر دو شیب سربالایی و سرازیری بالای 200 میلی‌گرم بر کیلوگرم و کمتر از 500 میلی‌گرم بر کیلوگرم بود و خاک دچار خوردگی متوسط ​​بود. میزان یون سولفات در شیب میانی کمتر از 200 میلی‌گرم بر کیلوگرم است و خوردگی خاک ضعیف است. هنگامی که محیط خاک حاوی غلظت بالایی باشد، در واکنش شرکت کرده و رسوب خوردگی روی سطح الکترود فلزی ایجاد می‌کند و در نتیجه واکنش خوردگی را کند می‌کند. با افزایش غلظت، رسوب ممکن است ناگهان بشکند و در نتیجه سرعت خوردگی را به شدت افزایش دهد. با افزایش مداوم غلظت، رسوب خوردگی سطح الکترود فلزی را می‌پوشاند و سرعت خوردگی دوباره روند کندی را نشان می‌دهد59. این مطالعه نشان داد که مقدار آن در خاک کمتر بوده و بنابراین تأثیر کمی بر خوردگی دارد.
طبق جدول 4، همبستگی بین شیب و آنیون‌های خاک نشان داد که بین شیب و یون‌های کلرید همبستگی مثبت و معنی‌داری (R2=0.836) و بین شیب و کل نمک‌های محلول همبستگی مثبت و معنی‌داری (R2=0.742) وجود دارد.
این نشان می‌دهد که رواناب سطحی و فرسایش خاک ممکن است مسئول تغییرات در کل نمک‌های محلول در خاک باشند. همبستگی مثبت و معنی‌داری بین کل نمک‌های محلول و یون‌های کلرید وجود داشت، که ممکن است به این دلیل باشد که کل نمک‌های محلول، مخزن یون‌های کلرید هستند و محتوای کل نمک‌های محلول، محتوای یون‌های کلرید را در محلول‌های خاک تعیین می‌کند. بنابراین، می‌توانیم بدانیم که تفاوت در شیب ممکن است باعث خوردگی شدید قسمت توری فلزی شود.
مواد آلی، نیتروژن کل، نیتروژن موجود، فسفر موجود و پتاسیم موجود، مواد مغذی اساسی خاک هستند که بر کیفیت خاک و جذب مواد مغذی توسط سیستم ریشه تأثیر می‌گذارند. مواد مغذی خاک عامل مهمی هستند که بر میکروارگانیسم‌های موجود در خاک تأثیر می‌گذارند، بنابراین بررسی اینکه آیا ارتباطی بین مواد مغذی خاک و خوردگی فلزات وجود دارد یا خیر، ارزشمند است. راه‌آهن سوییو در سال ۲۰۰۳ تکمیل شد، به این معنی که خاک مصنوعی تنها ۹ سال تجمع مواد آلی را تجربه کرده است. با توجه به ویژگی خاص خاک مصنوعی، لازم است درک خوبی از مواد مغذی موجود در خاک مصنوعی داشته باشیم.
این تحقیق نشان می‌دهد که میزان مواد آلی در خاک شیب طبیعی پس از کل فرآیند تشکیل خاک، بالاترین مقدار را دارد. میزان مواد آلی خاک در شیب کم، کمترین مقدار را داشت. به دلیل تأثیر هوازدگی و رواناب سطحی، مواد مغذی خاک در میانه شیب و پایین شیب جمع می‌شوند و یک لایه ضخیم از هوموس تشکیل می‌دهند. با این حال، به دلیل ذرات کوچک و پایداری ضعیف خاک شیب کم، مواد آلی به راحتی توسط میکروارگانیسم‌ها تجزیه می‌شوند. این بررسی نشان داد که پوشش و تنوع گیاهی در میانه شیب و پایین شیب زیاد است، اما همگنی کم است که ممکن است منجر به توزیع ناهموار مواد مغذی سطحی شود. یک لایه ضخیم از هوموس، آب را در خود نگه می‌دارد و موجودات خاک فعال هستند. همه اینها تجزیه مواد آلی در خاک را تسریع می‌کند.
محتوای نیتروژن هیدرولیز شده قلیایی در ریل‌های رو به بالا، شیب میانی و شیب پایین، بیشتر از شیب طبیعی بود که نشان می‌دهد نرخ معدنی شدن نیتروژن آلی در شیب راه‌آهن به طور قابل توجهی بالاتر از شیب طبیعی است. هرچه ذرات کوچکتر باشند، ساختار خاک ناپایدارتر است، تجزیه مواد آلی موجود در سنگدانه‌ها توسط میکروارگانیسم‌ها آسان‌تر است و منبع نیتروژن آلی معدنی‌شده بیشتر است.60،61 مطابق با نتایج مطالعه 62، محتوای سنگدانه‌های ذرات کوچک در خاک شیب‌های راه‌آهن به طور قابل توجهی بیشتر از شیب‌های طبیعی بود. بنابراین، باید اقدامات مناسبی برای افزایش محتوای کود، مواد آلی و نیتروژن در خاک شیب راه‌آهن و بهبود بهره‌برداری پایدار از خاک انجام شود. هدر رفتن فسفر و پتاسیم موجود ناشی از رواناب سطحی، 77.27٪ تا 99.79٪ از کل هدررفت شیب راه‌آهن را تشکیل می‌دهد. رواناب سطحی ممکن است عامل اصلی هدررفت مواد مغذی موجود در خاک‌های شیب باشد.63،64،65.
همانطور که در جدول 4 نشان داده شده است، همبستگی مثبت و معنی‌داری بین موقعیت شیب و فسفر قابل دسترس (R2=0.948) وجود داشت و همبستگی بین موقعیت شیب و پتاسیم قابل دسترس نیز مشابه بود (R2=0.898). این نشان می‌دهد که موقعیت شیب بر محتوای فسفر و پتاسیم قابل دسترس در خاک تأثیر می‌گذارد.
شیب عامل مهمی است که بر محتوای ماده آلی خاک و غنی‌سازی نیتروژن تأثیر می‌گذارد66 و هرچه شیب کمتر باشد، سرعت غنی‌سازی بیشتر است. برای غنی‌سازی مواد مغذی خاک، هدررفت مواد مغذی ضعیف شد و تأثیر موقعیت شیب بر محتوای ماده آلی خاک و غنی‌سازی کل نیتروژن آشکار نبود. انواع و تعداد مختلف گیاهان در شیب‌های مختلف، اسیدهای آلی متفاوتی دارند که توسط ریشه‌های گیاه ترشح می‌شوند. اسیدهای آلی برای تثبیت فسفر و پتاسیم موجود در خاک مفید هستند. بنابراین، بین موقعیت شیب و فسفر موجود و موقعیت شیب و پتاسیم موجود همبستگی معنی‌داری وجود داشت.
برای روشن شدن رابطه بین مواد مغذی خاک و خوردگی خاک، تجزیه و تحلیل همبستگی ضروری است. همانطور که در جدول 5 نشان داده شده است، پتانسیل اکسایش-کاهش با نیتروژن موجود (R2 = -0.845) همبستگی منفی و با فسفر موجود (R2 = 0.842) و پتاسیم موجود (R2 = 0.980) همبستگی مثبت و معنی‌داری داشت. پتانسیل اکسایش-کاهش، کیفیت اکسایش-کاهش را نشان می‌دهد که معمولاً تحت تأثیر برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی خاک قرار می‌گیرد و سپس بر مجموعه‌ای از خواص خاک تأثیر می‌گذارد. بنابراین، عامل مهمی در تعیین جهت تبدیل مواد مغذی خاک است67. کیفیت‌های مختلف اکسایش-کاهش ممکن است منجر به حالت‌ها و در دسترس بودن متفاوت عوامل تغذیه‌ای شود. بنابراین، پتانسیل اکسایش-کاهش همبستگی معنی‌داری با نیتروژن موجود، فسفر موجود و پتاسیم موجود دارد.
علاوه بر خواص فلز، پتانسیل خوردگی با خواص خاک نیز مرتبط است. پتانسیل خوردگی با ماده آلی همبستگی منفی و معنی‌داری داشت که نشان می‌دهد ماده آلی تأثیر معنی‌داری بر پتانسیل خوردگی دارد. علاوه بر این، ماده آلی با گرادیان پتانسیل (SN) (R2=-0.713) و یون سولفات (R2=-0.671) نیز همبستگی منفی و معنی‌داری داشت که نشان می‌دهد محتوای ماده آلی نیز بر گرادیان پتانسیل (SN) و یون سولفات تأثیر می‌گذارد. همبستگی منفی و معنی‌داری بین pH خاک و پتاسیم موجود وجود داشت (R2=-0.728).
نیتروژن موجود با کل نمک‌های محلول و یون‌های کلرید همبستگی منفی و معنی‌داری داشت و فسفر و پتاسیم موجود با کل نمک‌های محلول و یون‌های کلرید همبستگی مثبت و معنی‌داری داشتند. این نشان داد که محتوای مواد مغذی موجود به طور قابل توجهی بر میزان کل نمک‌های محلول و یون‌های کلرید در خاک تأثیر می‌گذارد و آنیون‌های موجود در خاک برای تجمع و تأمین مواد مغذی موجود مساعد نیستند. نیتروژن کل با یون سولفات همبستگی منفی و با بی‌کربنات همبستگی مثبت و معنی‌داری داشت که نشان می‌دهد نیتروژن کل بر محتوای سولفات و بی‌کربنات تأثیر دارد. گیاهان تقاضای کمی برای یون‌های سولفات و یون‌های بی‌کربنات دارند، بنابراین بیشتر آنها در خاک آزاد هستند یا توسط کلوئیدهای خاک جذب می‌شوند. یون‌های بی‌کربنات تجمع نیتروژن در خاک را تسهیل می‌کنند و یون‌های سولفات، قابلیت دسترسی به نیتروژن را در خاک کاهش می‌دهند. بنابراین، افزایش مناسب محتوای نیتروژن و هوموس موجود در خاک برای کاهش خورندگی خاک مفید است.
خاک سیستمی با ترکیب و خواص پیچیده است. خورندگی خاک نتیجه‌ی عملکرد هم‌افزایی عوامل بسیاری است. بنابراین، معمولاً از یک روش ارزیابی جامع برای ارزیابی خورندگی خاک استفاده می‌شود. با استناد به «کد بررسی مهندسی ژئوتکنیک» (GB50021-94) و روش‌های آزمایش شبکه آزمایش خوردگی خاک چین، درجه خوردگی خاک را می‌توان به طور جامع طبق استانداردهای زیر ارزیابی کرد: (1) ارزیابی خوردگی ضعیف است، اگر فقط خوردگی ضعیف باشد، خوردگی متوسط ​​یا خوردگی قوی وجود ندارد؛ (2) اگر خوردگی قوی وجود نداشته باشد، خوردگی متوسط ​​ارزیابی می‌شود؛ (3) اگر یک یا دو محل خوردگی قوی وجود داشته باشد، خوردگی قوی ارزیابی می‌شود؛ (4) اگر 3 یا بیشتر محل خوردگی قوی وجود داشته باشد، خوردگی قوی برای خوردگی شدید ارزیابی می‌شود.
با توجه به مقاومت ویژه خاک، پتانسیل اکسایش-کاهش، محتوای آب، محتوای نمک، مقدار pH و محتوای Cl- و SO42-، درجه خوردگی نمونه‌های خاک در شیب‌های مختلف به طور جامع ارزیابی شد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که خاک‌های موجود در تمام شیب‌ها بسیار خورنده هستند.
پتانسیل خوردگی عامل مهمی است که بر خوردگی توری محافظ شیب تأثیر می‌گذارد. پتانسیل خوردگی سه شیب همگی کمتر از -200 میلی‌ولت است که بیشترین تأثیر را بر خوردگی توری فلزی سربالایی دارد. از گرادیان پتانسیل می‌توان برای قضاوت در مورد میزان جریان سرگردان در خاک استفاده کرد. جریان سرگردان عامل مهمی است که بر خوردگی توری فلزی در شیب‌های میانی و سربالایی، به ویژه در شیب‌های میانی، تأثیر می‌گذارد. میزان کل نمک محلول در خاک شیب‌های بالایی، میانی و پایینی همگی بالای 500 میلی‌گرم بر کیلوگرم بود و اثر خوردگی بر توری محافظ شیب متوسط ​​بود. میزان آب خاک عامل مهمی است که بر خوردگی توری‌های فلزی در شیب میانی و پایین تأثیر می‌گذارد و تأثیر بیشتری بر خوردگی توری‌های محافظ شیب دارد. مواد مغذی در خاک شیب میانی بیشترین فراوانی را دارند که نشان می‌دهد فعالیت‌های میکروبی مکرر و رشد سریع گیاه وجود دارد.
این تحقیق نشان می‌دهد که پتانسیل خوردگی، گرادیان پتانسیل، کل محتوای نمک محلول و محتوای آب، عوامل اصلی مؤثر بر خوردگی خاک در سه شیب هستند و میزان خوردگی خاک قوی ارزیابی می‌شود. خوردگی شبکه حفاظت از شیب در شیب میانی جدی‌ترین است که مرجعی برای طراحی ضد خوردگی شبکه حفاظت از شیب راه‌آهن ارائه می‌دهد. افزودن مناسب نیتروژن و کود آلی موجود برای کاهش خوردگی خاک، تسهیل رشد گیاه و در نهایت تثبیت شیب مفید است.
نحوه استناد به این مقاله: Chen, J. et al.Effects of soil composition and electrochemistry on the corrosion of rock slope network along a china rail line.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
لین، وای ال و یانگ، جی ال، ویژگی‌های دینامیکی شیب‌های بستر راه‌آهن تحت تحریک زلزله. بلایای طبیعی. 69، 219-235 (2013).
سوئی وانگ، جی. و همکاران. تحلیل آسیب‌های معمول ناشی از زلزله در بزرگراه‌ها در منطقه زلزله‌زده ونچوان در استان سیچوان [J]. مجله چینی مکانیک و مهندسی سنگ. 28، 1250–1260 (2009).
ویلین، ز.، ژنیو، ل. و جینسونگ، ج. تحلیل آسیب لرزه‌ای و اقدامات متقابل پل‌های بزرگراه در زلزله ونچوان. مجله چینی مکانیک و مهندسی سنگ. 28، 1377-1387 (2009).
لین، سی‌دبلیو، لیو، اس‌اچ، لی، اس‌وای و لیو، سی‌سی. تأثیر زلزله چیچی بر رانش زمین ناشی از بارندگی‌های بعدی در مرکز تایوان. زمین‌شناسی مهندسی. 86، 87-101 (2006).
کوی، تی. و همکاران. اثرات بلندمدت زمین‌لغزش‌های ناشی از زلزله بر تولید رسوب در یک حوزه آبخیز کوهستانی: منطقه تانزاوا، ژاپن. ژئومورفولوژی. 101، 692-702 (2008).
هونگشوای، ل.، جینگشان، ب. و ددونگ، ل. مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه تحلیل پایداری لرزه‌ای شیب‌های ژئوتکنیکی. مهندسی زلزله و ارتعاشات مهندسی. 25، 164-171 (2005).
یو پینگ، تحقیق در مورد خطرات زمین‌شناسی ناشی از زلزله ونچوان در سیچوان. مجله زمین‌شناسی مهندسی ۴، ۷–۱۲ (۲۰۰۸).
علی، ف. حفاظت از شیب با پوشش گیاهی: مکانیک ریشه برخی از گیاهان گرمسیری. مجله بین‌المللی علوم فیزیکی. 5، 496–506 (2010).
تاکیو، م.، آیبا، اس. آی و کیتایاما، ک. اثرات توپوگرافی بر جنگل‌های کوهستانی گرمسیری کم‌ارتفاع تحت شرایط زمین‌شناسی مختلف در کوه کینابالو، بورنئو. بوم‌شناسی گیاهی. 159، 35-49 (2002).
استوکس، آ. و همکاران. ویژگی‌های ایده‌آل ریشه گیاه برای محافظت از شیب‌های طبیعی و مهندسی‌شده در برابر رانش زمین. گیاهان و خاک‌ها، 324، 1-30 (2009).
دی باتس، س.، پوزن، ج.، گیسلز، گ. و ناپن، آ. اثرات ریشه‌های علفی بر فرسایش‌پذیری خاک سطحی در طول جریان متمرکز. ژئومورفولوژی 76، 54-67 (2006).