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Français En prenant la pente de la voie ferrée Sui-Chongqing comme objet de recherche, la résistivité du sol, l'électrochimie du sol (potentiel de corrosion, potentiel redox, gradient de potentiel et pH), les anions du sol (sels solubles totaux, Cl-, SO42- et) et la nutrition du sol. (Teneur en humidité, matière organique, azote total, azote hydrolysé alcalin, phosphore disponible, potassium disponible) Sous différentes pentes, le degré de corrosion est évalué en fonction des indicateurs individuels et des indicateurs globaux du sol artificiel. Comparé à d'autres facteurs, l'eau a la plus grande influence sur la corrosion du filet de protection des pentes, suivie par la teneur en anions. Le sel soluble total a un effet modéré sur la corrosion du filet de protection des pentes, et le courant vagabond a un effet modéré sur la corrosion du filet de protection des pentes. Le degré de corrosion des échantillons de sol a été évalué de manière exhaustive, et la corrosion sur la pente supérieure était modérée, et la corrosion sur les pentes moyennes et inférieures était forte. La matière organique dans le sol était significativement corrélée au gradient de potentiel. L'azote disponible, le potassium disponible et le phosphore disponible étaient significativement corrélés aux anions. La répartition du sol les nutriments sont indirectement liés au type de pente.
Lors de la construction de chemins de fer, d'autoroutes et d'installations de conservation de l'eau, les ouvertures dans les montagnes sont souvent inévitables. En raison des montagnes du sud-ouest, la construction des chemins de fer en Chine nécessite de nombreuses excavations dans la montagne. Cela détruit le sol et la végétation d'origine, créant des pentes rocheuses exposées. Cette situation conduit à des glissements de terrain et à l'érosion des sols, menaçant ainsi la sécurité du transport ferroviaire. Les glissements de terrain sont mauvais pour la circulation routière, en particulier après le tremblement de terre de Wenchuan du 12 mai 2008. Les glissements de terrain sont devenus une catastrophe sismique grave et largement répandue1. Français Dans l'évaluation de 2008 de 4 243 kilomètres de routes principales clés dans la province du Sichuan, il y a eu 1 736 catastrophes sismiques graves dans les plates-formes et les murs de soutènement des pentes, représentant 39,76 % de la longueur totale de l'évaluation. Les pertes économiques directes dues aux dommages routiers ont dépassé 58 milliards de yuans 2,3. Des exemples mondiaux montrent que les géorisques post-sismiques peuvent durer au moins 10 ans (tremblement de terre à Taiwan) et même jusqu'à 40-50 ans (tremblement de terre de Kanto au Japon) 4,5. La pente est le principal facteur affectant le risque sismique 6,7. Par conséquent, il est nécessaire de maintenir la pente de la route et de renforcer sa stabilité. Les plantes jouent un rôle irremplaçable dans la protection des pentes et la restauration écologique du paysage 8. Comparés aux pentes de sol ordinaires, les pentes rocheuses n'ont pas l'accumulation de facteurs nutritifs tels que la matière organique, l'azote, le phosphore et le potassium, et ne disposent pas de l'environnement pédologique nécessaire à la croissance de la végétation. En raison de facteurs tels qu'une forte pente et l'érosion par la pluie, le sol de pente est facilement perdu.L'environnement de pente est rude, manque des conditions nécessaires à la croissance des plantes et le sol de pente manque de stabilité de soutien9.La pulvérisation de pente avec un matériau de base pour couvrir le sol afin de protéger la pente est une technologie de restauration écologique des pentes couramment utilisée dans mon pays.Le sol artificiel utilisé pour la pulvérisation est composé de pierre concassée, de terre agricole, de paille, d'engrais composé, d'agent de rétention d'eau et d'adhésif (les adhésifs couramment utilisés comprennent le ciment Portland, la colle organique et l'émulsifiant d'asphalte) dans une certaine proportion.Le processus technique est le suivant : d'abord poser du fil de fer barbelé sur la roche, puis fixer le fil de fer barbelé avec des rivets et des boulons d'ancrage, et enfin pulvériser du sol artificiel contenant des graines sur la pente avec un pulvérisateur spécial.Le treillis métallique en forme de losange 14# entièrement galvanisé est principalement utilisé, avec une norme de maille de 5 cm × 5 cm et un diamètre de 2 mm.Le treillis métallique permet à la matrice du sol de former une dalle monolithique durable sur la surface de la roche.Le treillis métallique se corrodera dans le sol, car le sol lui-même est un électrolyte, et le degré de corrosion dépend des caractéristiques du sol. L'évaluation des facteurs de corrosion du sol est d'une grande importance pour évaluer l'érosion des treillis métalliques induite par le sol et éliminer les risques de glissement de terrain.
On pense que les racines des plantes jouent un rôle crucial dans la stabilisation des pentes et le contrôle de l'érosion10,11,12,13,14. Pour stabiliser les pentes contre les glissements de terrain superficiels, la végétation peut être utilisée car les racines des plantes peuvent fixer le sol pour prévenir les glissements de terrain15,16,17. La végétation ligneuse, en particulier les arbres, aide à prévenir les glissements de terrain superficiels18. Une structure protectrice robuste formée par les systèmes racinaires verticaux et latéraux des plantes qui agissent comme des pieux de renforcement dans le sol. Le développement des modèles d'architecture racinaire est déterminé par les gènes, et l'environnement du sol joue un rôle décisif dans ces processus. La corrosion des métaux varie selon l'environnement du sol20. Le degré de corrosion des métaux dans le sol peut varier d'une dissolution assez rapide à un impact négligeable21. Le sol artificiel est très différent du « sol » réel. La formation des sols naturels est le résultat d'interactions entre l'environnement extérieur et divers organismes sur des dizaines de millions d'années22,23,24. Avant que la végétation ligneuse ne forme un système racinaire et un écosystème stables, le treillis métallique combiné à la pente rocheuse et le sol artificiel peut fonctionner en toute sécurité est directement lié au développement de l'économie naturelle, à la sécurité de la vie et à l'amélioration de l'environnement écologique.
Cependant, la corrosion des métaux peut entraîner d'énormes pertes. Selon une enquête menée en Chine au début des années 1980 sur les machines chimiques et d'autres industries, les pertes causées par la corrosion des métaux représentaient 4 % de la valeur totale de la production. Par conséquent, il est d'une grande importance d'étudier le mécanisme de corrosion et de prendre des mesures de protection pour la construction économique. Le sol est un système complexe de gaz, de liquides, de solides et de micro-organismes. Les métabolites microbiens peuvent corroder les matériaux et les courants vagabonds peuvent également provoquer de la corrosion. Par conséquent, il est important de prévenir la corrosion des métaux enfouis dans le sol. À l'heure actuelle, la recherche sur la corrosion des métaux enfouis se concentre principalement sur (1) les facteurs affectant la corrosion des métaux enfouis25 ; (2) les méthodes de protection des métaux26,27 ; (3) les méthodes d'évaluation du degré de corrosion des métaux28 ; la corrosion dans différents milieux. Cependant, tous les sols de l'étude étaient naturels et avaient subi des processus de formation de sol suffisants. Cependant, il n'existe aucun rapport sur l'érosion artificielle des sols des pentes rocheuses des voies ferrées.
Comparé à d'autres milieux corrosifs, le sol artificiel présente les caractéristiques d'illiquidité, d'hétérogénéité, de saisonnalité et de régionalité. La corrosion des métaux dans les sols artificiels est causée par des interactions électrochimiques entre les métaux et les sols artificiels. En plus des facteurs innés, le taux de corrosion des métaux dépend également de l'environnement environnant. Divers facteurs affectent la corrosion des métaux individuellement ou en combinaison, tels que la teneur en humidité, la teneur en oxygène, la teneur totale en sels solubles, la teneur en anions et en ions métalliques, le pH, les microbes du sol30,31,32.
Français En 30 ans de pratique, la question de savoir comment préserver de manière permanente les sols artificiels sur les pentes rocheuses a été un problème33. Les arbustes ou les arbres ne peuvent pas pousser sur certaines pentes après 10 ans d'entretien manuel en raison de l'érosion du sol. La saleté à la surface du treillis métallique a été emportée à certains endroits. En raison de la corrosion, certains treillis métalliques se sont fissurés et ont perdu tout le sol au-dessus et en dessous d'eux (Figure 1). À l'heure actuelle, la recherche sur la corrosion des pentes ferroviaires se concentre principalement sur la corrosion du réseau de mise à la terre des sous-stations ferroviaires, la corrosion par courants vagabonds générée par le métro léger et la corrosion des ponts ferroviaires34,35, des voies et autres équipements de véhicules36. Il n'y a eu aucun rapport de corrosion du treillis métallique de protection des pentes ferroviaires. Cet article étudie les propriétés physiques, chimiques et électrochimiques des sols artificiels sur le versant rocheux sud-ouest du chemin de fer de Suiyu, dans le but de prédire la corrosion des métaux en évaluant les propriétés du sol et de fournir une base théorique et pratique pour la restauration de l'écosystème du sol et la restauration artificielle. Pente artificielle.
Le site d'essai est situé dans la région montagneuse du Sichuan (30°32′N, 105°32′E) près de la gare de Suining. La zone est située au milieu du bassin du Sichuan, avec des montagnes basses et des collines, avec une structure géologique simple et un terrain plat. L'érosion, la coupe et l'accumulation d'eau créent des paysages vallonnés érodés. Le substrat rocheux est principalement calcaire et le mort-terrain est principalement du sable violet et de l'argilite. L'intégrité est médiocre et la roche est une structure en blocs. La zone d'étude a un climat de mousson subtropical humide avec des caractéristiques saisonnières de début de printemps, été chaud, automne court et fin d'hiver. Les précipitations sont abondantes, les ressources en lumière et en chaleur sont abondantes, la période sans gel est longue (285 jours en moyenne), le climat est doux, la température moyenne annuelle est de 17,4 °C, la température moyenne du mois le plus chaud (août) est de 27,2 °C et la température maximale extrême est de 39,3 °C. Le mois le plus froid est janvier (La température moyenne est de 6,5 °C), la température minimale extrême est de -3,8 °C et les précipitations annuelles moyennes sont de 920 mm, principalement concentrées en juillet et août. Les précipitations au printemps, en été, en automne et en hiver varient considérablement. La proportion de précipitations par saison est respectivement de 19-21 %, 51-54 %, 22-24 % et 4-5 %.
Le site de recherche est une pente d'environ 45° sur la pente du chemin de fer Yu-Sui construit en 2003. En avril 2012, il était orienté vers le sud à moins de 1 km de la gare de Suining. Français La pente naturelle a été utilisée comme témoin. La restauration écologique de la pente adopte la technologie étrangère de pulvérisation du sol par topdressing pour la restauration écologique. Selon la hauteur de la pente latérale de la voie ferrée, la pente peut être divisée en pente ascendante, pente moyenne et pente descendante (Fig. 2). Comme l'épaisseur du sol artificiel de la pente coupée est d'environ 10 cm, afin d'éviter la pollution des produits de corrosion du treillis métallique du sol, nous utilisons uniquement une pelle en acier inoxydable pour prendre la surface du sol de 0 à 8 cm. Quatre réplicats ont été définis pour chaque position de pente, avec 15 à 20 points d'échantillonnage aléatoires par réplicat. Chaque réplicat est un mélange de 15 à 20 points d'échantillonnage déterminés aléatoirement à partir de lignes en forme de S. Son poids frais est d'environ 500 grammes. Rapportez les échantillons au laboratoire dans des sacs ziplock en polyéthylène pour traitement. Le sol est séché à l'air naturellement, et le gravier et les résidus animaux et végétaux sont prélevés, broyés avec un bâton d'agate et tamisés avec un tamis de 20 mesh, Tamis en nylon 100 mesh sauf pour les grosses particules.
La résistivité du sol a été mesurée par le testeur de résistance de mise à la terre VICTOR4106 produit par Shengli Instrument Company ; la résistivité du sol a été mesurée sur le terrain ; L'humidité du sol a été mesurée par la méthode de séchage. L'instrument mv/pH numérique portable DMP-2 présente une impédance d'entrée élevée pour mesurer le potentiel de corrosion du sol. Le gradient de potentiel et le potentiel redox ont été déterminés par le mv/pH numérique portable DMP-2, le sel soluble total dans le sol a été déterminé par la méthode de séchage des résidus, la teneur en ions chlorure dans le sol a été déterminée par la méthode de titrage AgNO3 (méthode de Mohr), la teneur en sulfate du sol a été déterminée par la méthode de titrage indirect EDTA, la méthode de titrage à double indicateur pour déterminer le carbonate et le bicarbonate du sol, la méthode de chauffage par oxydation au dichromate de potassium pour déterminer la matière organique du sol, la méthode de diffusion de solution alcaline pour déterminer l'azote par hydrolyse alcaline du sol, la digestion H2SO4-HClO4, la méthode colorimétrique Mo-Sb. Le phosphore total dans le sol et la teneur en phosphore disponible dans le sol ont été déterminés par la méthode Olsen (solution de NaHCO3 à 0,05 mol/L comme agent d'extraction), et la teneur totale en potassium dans le sol a été déterminée par photométrie de flamme à fusion d'hydroxyde de sodium.
Les données expérimentales ont été initialement systématisées. SPSS Statistics 20 a été utilisé pour effectuer une analyse de moyenne, d'écart type, d'ANOVA à un facteur et de corrélation humaine.
Français Le tableau 1 présente les propriétés électromécaniques, les anions et les nutriments des sols avec différentes pentes. Le potentiel de corrosion, la résistivité du sol et le gradient de potentiel est-ouest des différentes pentes étaient tous significatifs (P < 0,05). Les potentiels redox de la pente descendante, de la pente moyenne et de la pente naturelle étaient significatifs (P < 0,05). Le gradient de potentiel perpendiculaire au rail, c'est-à-dire le gradient de potentiel nord-sud, est en pente ascendante > en pente descendante > en pente moyenne. La valeur du pH du sol était dans l'ordre suivant : en pente descendante > en montée > en pente moyenne > en pente naturelle. La teneur totale en sel soluble, la pente naturelle était significativement plus élevée que la pente de la voie ferrée (P < 0,05). La teneur totale en sel soluble du sol de la pente de la voie ferrée de troisième catégorie est supérieure à 500 mg/kg, et le sel soluble total a un effet modéré sur la corrosion des métaux. La teneur en matière organique du sol était la plus élevée dans la pente naturelle et la plus faible dans la pente descendante (P < 0,05). La teneur totale en azote était la plus élevée dans la pente moyenne et la plus faible dans la pente ascendante ; La teneur en azote disponible était la plus élevée dans la pente descendante et la pente moyenne, et la plus faible dans la pente naturelle ; la teneur totale en azote de la pente ascendante et descendante de la voie ferrée était plus faible, mais la teneur en azote disponible était plus élevée. Cela indique que le taux de minéralisation de l'azote organique en montée et en descente est rapide. La teneur en potassium disponible est la même que celle en phosphore disponible.
La résistivité du sol est un indice indiquant la conductivité électrique et un paramètre de base pour juger de la corrosion du sol. Les facteurs affectant la résistivité du sol comprennent la teneur en humidité, la teneur totale en sel soluble, le pH, la texture du sol, la température, la teneur en matière organique, la température du sol et l'étanchéité. En règle générale, les sols à faible résistivité sont plus corrosifs, et vice versa. L'utilisation de la résistivité pour juger de la corrosivité du sol est une méthode couramment utilisée dans divers pays. Le tableau 1 présente les critères d'évaluation du degré de corrosivité pour chaque indice unique37,38.
Selon les résultats des tests et les normes de mon pays (tableau 1), si la corrosivité du sol est évaluée uniquement par la résistivité du sol, le sol sur la pente ascendante est très corrosif ; le sol sur la pente descendante est modérément corrosif ; la corrosivité du sol sur la pente moyenne et la pente naturelle est relativement faible.
Français La résistivité du sol de la pente ascendante est significativement inférieure à celle des autres parties de la pente, ce qui peut être causé par l'érosion pluviale. La couche arable de la pente ascendante s'écoule vers la pente médiane avec l'eau, de sorte que le filet de protection métallique de la pente ascendante est proche de la couche arable. Certaines des mailles métalliques étaient exposées et même suspendues dans l'air (Figure 1). La résistivité du sol a été mesurée sur place ; l'espacement des pieux était de 3 m ; la profondeur d'enfoncement des pieux était inférieure à 15 cm. Le treillis métallique nu et la rouille qui s'écaille peuvent interférer avec les résultats de mesure. Par conséquent, il n'est pas fiable d'évaluer la corrosivité du sol uniquement par l'indice de résistivité du sol. Dans l'évaluation complète de la corrosion, la résistivité du sol de la pente ascendante n'est pas prise en compte.
Français En raison de l'humidité relative élevée, l'air humide permanent dans la région du Sichuan provoque la corrosion du treillis métallique exposé à l'air plus sérieusement que le treillis métallique enterré dans le sol39. L'exposition du treillis métallique à l'air peut entraîner une diminution de la durée de vie, ce qui peut déstabiliser les sols en montée. La perte de sol peut rendre difficile la croissance des plantes, en particulier des plantes ligneuses. En raison du manque de plantes ligneuses, il est difficile de former un système racinaire en montée pour solidifier le sol. Dans le même temps, la croissance des plantes peut également améliorer la qualité du sol et augmenter la teneur en humus du sol, ce qui peut non seulement retenir l'eau, mais aussi fournir un bon environnement pour la croissance et la reproduction des animaux et des plantes, réduisant ainsi la perte de sol. Par conséquent, au début de la construction, davantage de graines ligneuses doivent être semées sur la pente ascendante, et un agent de rétention d'eau doit être ajouté en continu et recouvert d'un film de protection, afin de réduire l'érosion du sol en amont par l'eau de pluie.
Français Le potentiel de corrosion est un facteur important affectant la corrosion du filet de protection de la pente sur la pente à trois niveaux et a le plus grand impact sur la pente ascendante (tableau 2). Dans des conditions normales, le potentiel de corrosion ne change pas beaucoup dans un environnement donné. Un changement notable peut être causé par des courants vagabonds. Les courants vagabonds font référence aux courants 40, 41, 42 qui fuient dans la plate-forme et le sol lorsque les véhicules utilisent le système de transport public. Avec le développement du système de transport, le système de transport ferroviaire de mon pays a atteint une électrification à grande échelle, et la corrosion des métaux enterrés causée par les fuites de courant continu des voies ferrées électrifiées ne peut être ignorée. Actuellement, le gradient de potentiel du sol peut être utilisé pour déterminer si le sol contient des perturbations de courants vagabonds. Lorsque le gradient de potentiel du sol de surface est inférieur à 0,5 mv/m, le courant vagabond est faible ; lorsque le gradient de potentiel est compris entre 0,5 mv/m et 5,0 mv/m, le courant vagabond est modéré ; Lorsque le gradient de potentiel est supérieur à 5,0 mv/m, le niveau de courant vagabond est élevé. La plage flottante du gradient de potentiel (EW) de la pente moyenne, de la pente ascendante et de la pente descendante est illustrée à la figure 3. En termes de plage flottante, il existe des courants vagabonds modérés dans les directions est-ouest et nord-sud de la pente moyenne. Par conséquent, le courant vagabond est un facteur important affectant la corrosion des treillis métalliques à mi-pente et en descente, en particulier à mi-pente.
Généralement, le potentiel redox du sol (Eh) supérieur à 400 mV indique la capacité oxydante, supérieur à 0-200 mV est une capacité réductrice moyenne et inférieur à 0 mV est une grande capacité réductrice. Plus le potentiel redox du sol est faible, plus la capacité de corrosion des micro-organismes du sol aux métaux est grande44. Il est possible de prédire la tendance de la corrosion microbienne du sol à partir du potentiel redox. L'étude a révélé que le potentiel redox du sol des trois pentes était supérieur à 500 mv et que le niveau de corrosion était très faible. Cela montre que les conditions de ventilation du sol des terrains en pente sont bonnes, ce qui n'est pas propice à la corrosion des micro-organismes anaérobies dans le sol.
Des études antérieures ont montré que l'impact du pH du sol sur l'érosion du sol est évident. Avec la fluctuation de la valeur du pH, le taux de corrosion des matériaux métalliques est considérablement affecté. Le pH du sol est étroitement lié à la zone et aux micro-organismes présents dans le sol45,46,47. D'une manière générale, l'effet du pH du sol sur la corrosion des matériaux métalliques dans un sol légèrement alcalin n'est pas évident. Les sols des trois pentes ferroviaires sont tous alcalins, donc l'effet du pH sur la corrosion du treillis métallique est faible.
Comme le montre le tableau 3, l'analyse de corrélation montre que le potentiel redox et la position de la pente sont significativement corrélés positivement (R2 = 0,858), le potentiel de corrosion et le gradient de potentiel (SN) sont significativement corrélés positivement (R2 = 0,755), et le potentiel redox et le gradient de potentiel (SN) sont significativement corrélés positivement (R2 = 0,755). Français Il y avait une corrélation négative significative entre le potentiel et le pH (R2 = -0,724). La position de la pente était significativement corrélée positivement avec le potentiel redox. Cela montre qu'il existe des différences dans le microenvironnement des différentes positions de pente et que les micro-organismes du sol sont étroitement liés au potentiel redox48, 49, 50. Le potentiel redox était significativement corrélé négativement avec le pH51,52. Cette relation indiquait que les valeurs de pH et d'Eh ne changeaient pas toujours de manière synchrone pendant le processus redox du sol, mais avaient une relation linéaire négative. Le potentiel de corrosion du métal peut représenter la capacité relative à gagner et à perdre des électrons. Bien que le potentiel de corrosion soit significativement corrélé positivement avec le gradient de potentiel (SN), le gradient de potentiel peut être causé par la perte facile d'électrons par le métal.
La teneur totale en sel soluble du sol est étroitement liée à la corrosivité du sol. D'une manière générale, plus la salinité du sol est élevée, plus la résistivité du sol est faible, augmentant ainsi la résistance du sol. Dans les électrolytes du sol, non seulement les anions et les plages variables, mais aussi les influences de la corrosion sont principalement les carbonates, les chlorures et les sulfates. De plus, la teneur totale en sel soluble du sol affecte indirectement la corrosion par l'influence d'autres facteurs, tels que l'effet du potentiel d'électrode dans les métaux et la solubilité de l'oxygène du sol53.
Français La plupart des ions dissociés de sel soluble dans le sol ne participent pas directement aux réactions électrochimiques, mais affectent la corrosion des métaux par la résistivité du sol. Plus la salinité du sol est élevée, plus la conductivité du sol est forte et plus l'érosion du sol est forte. La teneur en salinité du sol des pentes naturelles est significativement plus élevée que celle des pentes ferroviaires, ce qui peut être dû au fait que les pentes naturelles sont riches en végétation, ce qui est propice à la conservation du sol et de l'eau. Une autre raison peut être que la pente naturelle a connu une formation de sol mature (matériau parent du sol formé par l'altération des roches), mais le sol de la pente ferroviaire est composé de fragments de pierre concassée comme matrice de « sol artificiel » et n'a pas subi un processus de formation de sol suffisant. Minéraux non libérés. De plus, les ions sel dans le sol profond des pentes naturelles remontent par capillarité lors de l'évaporation de surface et s'accumulent dans le sol de surface, ce qui entraîne une augmentation de la teneur en ions sel dans le sol de surface. L'épaisseur du sol de la pente du chemin de fer est inférieure à 20 cm, ce qui entraîne l'incapacité de la couche arable à compléter le sel du sol profond.
Français Les ions positifs (tels que K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etc.) ont peu d'effet sur la corrosion du sol, tandis que les anions jouent un rôle important dans le processus électrochimique de corrosion et ont un impact significatif sur la corrosion des métaux.Cl− peut accélérer la corrosion de l'anode et est l'anion le plus corrosif ; plus la teneur en Cl− est élevée, plus la corrosion du sol est forte.SO42− favorise non seulement la corrosion de l'acier, mais provoque également la corrosion de certains matériaux en béton54. Corrode également le fer. Dans une série d'expériences sur des sols acides, le taux de corrosion s'est avéré proportionnel à l'acidité du sol55.Le chlorure et le sulfate sont les principaux composants des sels solubles, qui peuvent accélérer directement la cavitation des métaux.Des études ont montré que la perte de poids due à la corrosion de l'acier au carbone dans les sols alcalins est presque proportionnelle à l'ajout d'ions chlorure et sulfate56,57.Lee et al. ont découvert que le SO42- peut entraver la corrosion, mais favoriser le développement de piqûres de corrosion déjà formées58.
Français Selon la norme d'évaluation de la corrosivité du sol et les résultats des tests, la teneur en ions chlorure dans chaque échantillon de sol de pente était supérieure à 100 mg/kg, indiquant une forte corrosivité du sol. La teneur en ions sulfate des pentes ascendantes et descendantes était supérieure à 200 mg/kg et inférieure à 500 mg/kg, et le sol était modérément corrodé. La teneur en ions sulfate dans la pente moyenne est inférieure à 200 mg/kg, et la corrosion du sol est faible. Lorsque le milieu du sol contient une concentration élevée, il participera à la réaction et produira du tartre de corrosion sur la surface de l'électrode métallique, ralentissant ainsi la réaction de corrosion. À mesure que la concentration augmente, le tartre peut se briser soudainement, accélérant ainsi considérablement la vitesse de corrosion ; à mesure que la concentration continue d'augmenter, le tartre de corrosion recouvre la surface de l'électrode métallique, et la vitesse de corrosion montre à nouveau une tendance au ralentissement59. L'étude a révélé que la quantité dans le sol était plus faible et avait donc peu d'effet sur la corrosion.
Selon le tableau 4, la corrélation entre la pente et les anions du sol a montré qu'il y avait une corrélation positive significative entre la pente et les ions chlorure (R2 = 0,836) et une corrélation positive significative entre la pente et les sels solubles totaux (R2 = 0,742).
Cela suggère que le ruissellement de surface et l'érosion du sol peuvent être responsables des changements dans les sels solubles totaux dans le sol. Il y avait une corrélation positive significative entre les sels solubles totaux et les ions chlorure, ce qui peut être dû au fait que les sels solubles totaux sont le pool d'ions chlorure, et la teneur en sels solubles totaux détermine la teneur en ions chlorure dans les solutions du sol. Par conséquent, nous pouvons savoir que la différence de pente peut provoquer une corrosion sévère de la partie en treillis métallique.
La matière organique, l'azote total, l'azote disponible, le phosphore disponible et le potassium disponible sont les nutriments de base du sol, qui affectent la qualité du sol et l'absorption des nutriments par le système racinaire. Les nutriments du sol sont un facteur important affectant les micro-organismes du sol, il vaut donc la peine d'étudier s'il existe une corrélation entre les nutriments du sol et la corrosion des métaux. Le chemin de fer Suiyu a été achevé en 2003, ce qui signifie que le sol artificiel n'a connu que 9 ans d'accumulation de matière organique. En raison de la particularité du sol artificiel, il est nécessaire d'avoir une bonne compréhension des nutriments dans le sol artificiel.
Français La recherche montre que la teneur en matière organique est la plus élevée dans le sol de pente naturelle après tout le processus de formation du sol. La teneur en matière organique du sol à faible pente était la plus faible. En raison de l'influence des intempéries et du ruissellement de surface, les nutriments du sol s'accumulent à mi-pente et en aval, formant une épaisse couche d'humus. Cependant, en raison des petites particules et de la faible stabilité du sol à faible pente, la matière organique est facilement décomposée par les micro-organismes. L'enquête a révélé que la couverture végétale et la diversité à mi-pente et en aval étaient élevées, mais que l'homogénéité était faible, ce qui peut conduire à une répartition inégale des nutriments de surface. Une épaisse couche d'humus retient l'eau et les organismes du sol sont actifs. Tout cela accélère la décomposition de la matière organique dans le sol.
Français La teneur en azote hydrolysé alcalin des voies ferrées en amont, en pente moyenne et en aval était supérieure à celle de la pente naturelle, ce qui indique que le taux de minéralisation de l'azote organique de la pente ferroviaire était significativement plus élevé que celui de la pente naturelle. Plus les particules sont petites, plus la structure du sol est instable, plus il est facile pour les micro-organismes de décomposer la matière organique dans les agrégats et plus le réservoir d'azote organique minéralisé est important60,61. Conformément aux résultats de l'étude 62, la teneur en agrégats de petites particules dans le sol des pentes ferroviaires était significativement plus élevée que celle des pentes naturelles. Par conséquent, des mesures appropriées doivent être prises pour augmenter la teneur en engrais, en matière organique et en azote dans le sol de la pente ferroviaire et pour améliorer l'utilisation durable du sol. Le gaspillage de phosphore et de potassium disponibles causé par le ruissellement de surface représentait 77,27 % à 99,79 % de la perte totale de la pente ferroviaire. Le ruissellement de surface peut être le principal facteur de perte de nutriments disponibles dans la pente sols63,64,65.
Comme le montre le tableau 4, il y avait une corrélation positive significative entre la position de la pente et le phosphore disponible (R2 = 0,948), et la corrélation entre la position de la pente et le potassium disponible était la même (R2 = 0,898). Cela montre que la position de la pente affecte la teneur en phosphore disponible et en potassium disponible dans le sol.
Le gradient est un facteur important affectant la teneur en matière organique du sol et l'enrichissement en azote66, et plus le gradient est petit, plus le taux d'enrichissement est élevé. Pour l'enrichissement en éléments nutritifs du sol, la perte d'éléments nutritifs a été affaiblie et l'effet de la position de la pente sur la teneur en matière organique du sol et l'enrichissement total en azote n'était pas évident. Différents types et nombres de plantes sur différentes pentes ont différents acides organiques sécrétés par les racines des plantes. Les acides organiques sont bénéfiques pour la fixation du phosphore et du potassium disponibles dans le sol. Par conséquent, il y avait une corrélation significative entre la position de la pente et le phosphore disponible, et entre la position de la pente et le potassium disponible.
Afin de clarifier la relation entre les éléments nutritifs du sol et la corrosion du sol, il est nécessaire d'analyser la corrélation. Comme le montre le tableau 5, le potentiel redox était significativement corrélé négativement avec l'azote disponible (R2 = -0,845) et significativement corrélé positivement avec le phosphore disponible (R2 = 0,842) et le potassium disponible (R2 = 0,980). Le potentiel redox reflète la qualité de la redox, qui est généralement affectée par certaines propriétés physiques et chimiques du sol, puis affecte une série de propriétés du sol. Par conséquent, c'est un facteur important pour déterminer la direction de la transformation des éléments nutritifs du sol67. Différentes qualités redox peuvent entraîner différents états et disponibilités de facteurs nutritionnels. Par conséquent, le potentiel redox a une corrélation significative avec l'azote disponible, le phosphore disponible et le potassium disponible.
Outre les propriétés des métaux, le potentiel de corrosion est également lié aux propriétés du sol. Le potentiel de corrosion était significativement corrélé négativement avec la matière organique, indiquant que la matière organique avait un effet significatif sur le potentiel de corrosion. De plus, la matière organique était également significativement corrélée négativement avec le gradient de potentiel (SN) (R2 = -0,713) et l'ion sulfate (R2 = -0,671), indiquant que la teneur en matière organique affecte également le gradient de potentiel (SN) et l'ion sulfate. Il y avait une corrélation négative significative entre le pH du sol et le potassium disponible (R2 = -0,728).
L'azote disponible était significativement corrélé négativement avec les sels solubles totaux et les ions chlorure, et le phosphore disponible et le potassium disponible étaient significativement corrélés positivement avec les sels solubles totaux et les ions chlorure. Cela indiquait que la teneur en éléments nutritifs disponibles affectait significativement la quantité de sels solubles totaux et d'ions chlorure dans le sol, et les anions dans le sol n'étaient pas propices à l'accumulation et à l'apport d'éléments nutritifs disponibles. L'azote total était significativement corrélé négativement avec l'ion sulfate, et significativement corrélé positivement avec le bicarbonate, indiquant que l'azote total avait un effet sur la teneur en sulfate et en bicarbonate. Les plantes ont peu de besoins en ions sulfate et en ions bicarbonate, donc la plupart d'entre eux sont libres dans le sol ou absorbés par les colloïdes du sol. Les ions bicarbonate favorisent l'accumulation d'azote dans le sol, et les ions sulfate réduisent la disponibilité de l'azote dans le sol. Par conséquent, augmenter de manière appropriée la teneur en azote et en humus disponibles dans le sol est bénéfique pour réduire la corrosivité du sol.
Le sol est un système à la composition et aux propriétés complexes. Sa corrosivité résulte de l'action synergique de nombreux facteurs. Par conséquent, une méthode d'évaluation exhaustive est généralement utilisée pour évaluer la corrosivité du sol. Conformément au « Code for Geotechnical Engineering Investigation » (GB50021-94) et aux méthodes d'essai du Réseau chinois de test de corrosion des sols, le degré de corrosion du sol peut être évalué de manière exhaustive selon les normes suivantes : (1) Corrosion faible : si seulement une corrosion faible est présente, il n'y a ni corrosion modérée ni corrosion forte ; (2) en l'absence de corrosion forte, il s'agit d'une corrosion modérée ; (3) en présence d'une ou deux zones de corrosion forte, il s'agit d'une corrosion forte ; (4) en présence de trois zones ou plus de corrosion forte, il s'agit d'une corrosion forte, pour une corrosion sévère.
Selon la résistivité du sol, le potentiel redox, la teneur en eau, la teneur en sel, la valeur du pH et la teneur en Cl- et SO42-, les degrés de corrosion des échantillons de sol sur différentes pentes ont été évalués de manière exhaustive. Les résultats de la recherche montrent que les sols sur toutes les pentes sont très corrosifs.
Le potentiel de corrosion est un facteur important affectant la corrosion du filet de protection des pentes. Les potentiels de corrosion des trois pentes sont tous inférieurs à -200 mv, ce qui a le plus grand impact sur la corrosion du treillis métallique en montée. Le gradient de potentiel peut être utilisé pour juger de l'ampleur du courant vagabond dans le sol. Le courant vagabond est un facteur important affectant la corrosion du treillis métallique sur les pentes moyennes et les pentes en montée, en particulier sur les pentes moyennes. La teneur totale en sels solubles dans les sols des pentes supérieures, moyennes et inférieures était supérieure à 500 mg/kg, et l'effet de la corrosion sur le filet de protection des pentes était modéré. La teneur en eau du sol est un facteur important affectant la corrosion des treillis métalliques à mi-pente et en aval, et a un impact plus important sur la corrosion des treillis de protection des pentes. Les nutriments sont plus abondants dans le sol à mi-pente, ce qui indique qu'il y a des activités microbiennes fréquentes et une croissance rapide des plantes.
La recherche montre que le potentiel de corrosion, le gradient potentiel, la teneur totale en sels solubles et la teneur en eau sont les principaux facteurs affectant la corrosion du sol sur les trois pentes, et la corrosivité du sol est évaluée comme forte. La corrosion du réseau de protection des pentes est la plus grave au niveau de la pente moyenne, ce qui fournit une référence pour la conception anticorrosion du réseau de protection des pentes ferroviaires. L'ajout approprié d'azote disponible et d'engrais organique est bénéfique pour réduire la corrosion du sol, faciliter la croissance des plantes et enfin stabiliser la pente.
Comment citer cet article : Chen, J. et al.Effets de la composition du sol et de l'électrochimie sur la corrosion du réseau de pentes rocheuses le long d'une ligne de chemin de fer chinoise.science.Rep. 5, 14939 ; doi : 10.1038/srep14939 (2015).
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