Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada con CSS. Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que uses un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir a compatibilidade continua, mostraremos o sitio sen estilos nin JavaScript.
Tomando como obxecto de investigación a pendente do ferrocarril Sui-Chongqing, a resistividade do solo, a electroquímica do solo (potencial de corrosión, potencial redox, gradiente de potencial e pH), os anións do solo (sales solubles totais, Cl-, SO42- e) e a nutrición do solo (contido de humidade, materia orgánica, nitróxeno total, nitróxeno hidrolizado con álcalis, fósforo dispoñible, potasio dispoñible). Baixo diferentes pendentes, o grao de corrosión avalíase segundo os indicadores individuais e os indicadores globais do solo artificial. En comparación con outros factores, a auga ten a maior influencia na corrosión da rede de protección de pendentes, seguida do contido de anións. O sal soluble total ten un efecto moderado na corrosión da rede de protección de pendentes, e a corrente de dispersión ten un efecto moderado na corrosión da rede de protección de pendentes. O grao de corrosión das mostras de solo avaliouse exhaustivamente, e a corrosión na pendente superior foi moderada, e a corrosión nas pendentes media e inferior foi forte. A materia orgánica do solo correlacionouse significativamente co gradiente de potencial. O nitróxeno dispoñible, o potasio dispoñible e o fósforo dispoñible correlacionáronse significativamente cos anións. A distribución dos nutrientes do solo está indirectamente relacionada co tipo de pendente.
Ao construír ferrocarrís, autoestradas e instalacións de conservación de auga, as aberturas nas montañas adoitan ser inevitables. Debido ás montañas do suroeste, a construción de ferrocarrís na China require moita escavación da montaña. Destrúe o solo e a vexetación orixinais, creando ladeiras rochosas expostas. Esta situación provoca deslizamentos de terra e erosión do solo, ameazando así a seguridade do transporte ferroviario. Os deslizamentos de terra son prexudiciais para o tráfico rodado, especialmente despois do terremoto de Wenchuan do 12 de maio de 2008. Os deslizamentos de terra convertéronse nun desastre sísmico grave e amplamente distribuído. Na avaliación de 2008 de 4.243 quilómetros de estradas troncais clave na provincia de Sichuan, producíronse 1.736 desastres por terremotos graves en leitos de estradas e muros de contención de pendentes, o que representa o 39,76 % da lonxitude total da avaliación. As perdas económicas directas por danos nas estradas superaron os 58.000 millóns de yuans2,3. Exemplos globais mostran que os riscos xeolóxicos posteriores a terremotos poden durar polo menos 10 anos (terremoto de Taiwán) e mesmo ata 40-50 anos (terremoto de Kanto no Xapón)4,5. A pendente é o principal factor que afecta o risco de terremoto6,7. Polo tanto, é necesario manter a pendente da estrada e fortalecer a súa estabilidade. As plantas desempeñan un papel insubstituíble na protección das pendentes e na restauración da paisaxe ecolóxica8. En comparación coas pendentes do solo ordinarias, as pendentes rochosas non acumulan factores nutritivos como materia orgánica, nitróxeno, fósforo e potasio, e non teñen o ambiente de solo necesario para o crecemento da vexetación. Debido a factores como a gran pendente e a erosión da choiva, o solo das pendentes pérdese facilmente. O ambiente das pendentes é duro, carece de... condicións necesarias para o crecemento das plantas e o solo da ladeira carece de estabilidade de soporte9. A pulverización de ladeiras con material base para cubrir o solo e protexer a ladeira é unha tecnoloxía de restauración ecolóxica de ladeiras de uso común no meu país. O solo artificial utilizado para a pulverización está composto de pedra triturada, solo de terras de cultivo, palla, fertilizante composto, axente de retención de auga e adhesivo (os adhesivos de uso común inclúen cemento Portland, cola orgánica e emulsionante de asfalto) ​​nunha determinada proporción. O proceso técnico é: primeiro colocar arame de espiño sobre a rocha, despois fixar o arame de espiño con remaches e parafusos de ancoraxe e, finalmente, pulverizar solo artificial que contén sementes na ladeira cun pulverizador especial. Úsase principalmente a malla metálica en forma de diamante de 14# totalmente galvanizada, cun estándar de malla de 5 cm × 5 cm e un diámetro de 2 mm. A malla metálica permite que a matriz do solo forme unha laxe monolítica duradeira na superficie da rocha. A malla metálica corroeráse no solo, porque o solo en si é un electrolito e o grao de corrosión depende das características do solo. A avaliación dos factores de corrosión do solo é de gran importancia para avaliar a erosión da malla metálica inducida polo solo e eliminar os deslizamentos de terra. perigos.
Crese que as raíces das plantas desempeñan un papel crucial na estabilización das ladeiras e no control da erosión10,11,12,13,14. Para estabilizar as ladeiras contra deslizamentos de terra superficiais, pódese usar vexetación porque as raíces das plantas poden fixar o solo para evitar deslizamentos de terra15,16,17. A vexetación leñosa, especialmente as árbores, axuda a previr deslizamentos de terra superficiais18. Unha estrutura protectora robusta formada polos sistemas de raíces verticais e laterais das plantas que actúan como pilotes de reforzo no solo. O desenvolvemento dos patróns de arquitectura das raíces está impulsado polos xenes, e o ambiente do solo desempeña un papel decisivo nestes procesos. A corrosión dos metais varía segundo o ambiente do solo20. O grao de corrosión dos metais no solo pode variar desde unha disolución bastante rápida ata un impacto insignificante21. O solo artificial é moi diferente do "solo" real. A formación de solos naturais é o resultado das interaccións entre o ambiente externo e varios organismos durante decenas de millóns de anos22,23,24. Antes de que a vexetación leñosa forme un sistema de raíces e un ecosistema estables, o feito de que a malla metálica combinada coa ladeira rochosa e o solo artificial poidan funcionar con seguridade está directamente relacionado co desenvolvemento da economía natural, a seguridade da vida e a mellora do medio ecolóxico.
Non obstante, a corrosión dos metais pode provocar enormes perdas. Segundo unha enquisa realizada na China a principios da década de 1980 sobre maquinaria química e outras industrias, as perdas causadas pola corrosión dos metais representaban o 4 % do valor total da produción. Polo tanto, é de grande importancia estudar o mecanismo de corrosión e tomar medidas de protección para a construción económica. O solo é un sistema complexo de gases, líquidos, sólidos e microorganismos. Os metabolitos microbianos poden corroer os materiais e as correntes de dispersión tamén poden causar corrosión. Polo tanto, é importante previr a corrosión dos metais enterrados no solo. Na actualidade, a investigación sobre a corrosión dos metais enterrados céntrase principalmente en (1) factores que afectan á corrosión dos metais enterrados25; (2) métodos de protección dos metais26,27; (3) métodos de avaliación do grao de corrosión dos metais28; corrosión en diferentes medios. Non obstante, todos os solos do estudo eran naturais e sufriran suficientes procesos de formación do solo. Non obstante, non hai ningún informe sobre a erosión artificial do solo nas ladeiras rochosas dos ferrocarrís.
En comparación con outros medios corrosivos, o solo artificial ten as características de iliquidez, heteroxeneidade, estacionalidade e rexionalidade. A corrosión dos metais en solos artificiais está causada por interaccións electroquímicas entre os metais e os solos artificiais. Ademais dos factores innatos, a taxa de corrosión dos metais tamén depende do ambiente circundante. Unha variedade de factores afectan á corrosión dos metais individualmente ou en combinación, como o contido de humidade, o contido de osíxeno, o contido total de sales solubles, o contido de anións e ións metálicos, o pH e os microbios do solo30,31,32.
En 30 anos de práctica, a cuestión de como preservar permanentemente os solos artificiais en ladeiras rochosas foi un problema33. Os arbustos ou as árbores non poden crecer nalgunhas ladeiras despois de 10 anos de coidado manual debido á erosión do solo. A sucidade na superficie da malla metálica foi arrastrada nalgúns lugares. Debido á corrosión, algunhas mallas metálicas racháronse e perderon toda a terra por riba e por debaixo delas (Figura 1). Na actualidade, a investigación sobre a corrosión das ladeiras ferroviarias céntrase principalmente na corrosión da rede de posta a terra da subestación ferroviaria, a corrosión por correntes de dispersión xeradas polo tren lixeiro e a corrosión das pontes ferroviarias34,35, vías e outros equipos de vehículos36. Non houbo informes de corrosión da malla metálica de protección das ladeiras ferroviarias. Este artigo estuda as propiedades físicas, químicas e electroquímicas dos solos artificiais na ladeira rochosa suroeste do ferrocarril Suiyu, co obxectivo de predicir a corrosión dos metais mediante a avaliación das propiedades do solo e proporcionar unha base teórica e práctica para a restauración do ecosistema do solo e a restauración artificial. Ladeira artificial.
O lugar da proba está situado na zona montañosa de Sichuan (30°32′N, 105°32′E) preto da estación de tren de Suining. A área está situada no medio da conca de Sichuan, con montañas e outeiros baixos, cunha estrutura xeolóxica simple e terreo chan. A erosión, o corte e a acumulación de auga crean paisaxes montañosas erosionadas. O leito rochoso é principalmente calcario e a sobrecarga é principalmente area púrpura e lutita. A integridade é deficiente e a rocha é unha estrutura en bloques. A área de estudo ten un clima monzónico húmido subtropical con características estacionais de principios de primavera, verán caloroso, outono curto e finais de inverno. As precipitacións son abundantes, os recursos de luz e calor son abundantes, o período sen xeadas é longo (285 días de media), o clima é suave, a temperatura media anual é de 17,4 °C, a temperatura media do mes máis caloroso (agosto) é de 27,2 °C e a temperatura máxima extrema é de 39,3 °C. O mes máis frío é xaneiro (a temperatura media é de 6,5 °C), a temperatura máxima extrema A temperatura mínima é de -3,8 °C e a precipitación media anual é de 920 mm, concentrada principalmente en xullo e agosto. As precipitacións na primavera, verán, outono e inverno varían moito. A proporción de precipitacións en cada estación do ano é do 19-21 %, 51-54 %, 22-24 % e 4-5 %, respectivamente.
O lugar da investigación está situado nunha pendente duns 45° na ladeira do ferrocarril Yu-Sui, construído no 2003. En abril de 2012, estaba orientado cara ao sur, a menos de 1 km da estación de ferrocarril de Suining. A pendente natural utilizouse como control. A restauración ecolóxica da pendente adopta a tecnoloxía de pulverización de solo de cobertura estranxeira para a restauración ecolóxica. Segundo a altura da pendente lateral do ferrocarril, a pendente pódese dividir en pendente ascendente, pendente media e pendente descendente (Fig. 2). Dado que o grosor do solo artificial da pendente cortada é duns 10 cm, para evitar a contaminación dos produtos de corrosión da malla metálica do solo, só usamos unha pa de aceiro inoxidable para tomar a superficie do solo de 0 a 8 cm. Establecéronse catro réplicas para cada posición da pendente, con 15-20 puntos de mostraxe aleatorios por réplica. Cada réplica é unha mestura de 15-20 determinados aleatoriamente a partir de puntos de mostraxe de liña en forma de S. O seu peso fresco é duns 500 gramos. Leve as mostras de volta ao laboratorio en bolsas ziplock de polietileno para o seu procesamento. O solo sécase ao aire de forma natural e a grava e os residuos animais e vexetais recóllense, tritúranse cun pau de ágata e peneiranse cun peneiro de nailon de malla 20 e 100, agás as partículas grosas.
A resistividade do solo mediuse co probador de resistencia de conexión a terra VICTOR4106 fabricado por Shengli Instrument Company; a resistividade do solo mediuse no campo; A humidade do solo mediuse mediante o método de secado. O instrumento dixital portátil DMP-2 mv/pH presenta unha alta impedancia de entrada para medir o potencial de corrosión do solo. O gradiente de potencial e o potencial redox determináronse co DMP-2 dixital portátil mv/pH, o sal total soluble no solo determinouse mediante o método de secado de residuos, o contido de ións cloruro no solo determinouse mediante o método de titulación de AgNO3 (método de Mohr), o contido de sulfato no solo determinouse mediante o método de titulación de EDTA indirecto, o método de titulación de dobre indicador para determinar o carbonato e bicarbonato do solo, o método de quentamento por oxidación con dicromato de potasio para determinar a materia orgánica do solo, o método de difusión en solución alcalina para determinar o nitróxeno por hidrólise alcalina do solo, e o método colorimétrico de dixestión con H2SO4-HClO4, Mo-Sb. O fósforo total no solo e o contido de fósforo dispoñible no solo determináronse mediante o método de Olsen (solución de NaHCO3 a 0,05 mol/L como extractante) e o contido total de potasio no solo determinouse mediante fotometría de chama por fusión de hidróxido de sodio.
Os datos experimentais foron sistematizados inicialmente. Empregouse o SPSS Statistics 20 para realizar análises de medias, desviacións estándar, ANOVA unidireccional e correlación humana.
A Táboa 1 presenta as propiedades electromecánicas, os anións e os nutrientes dos solos con diferentes pendentes. O potencial de corrosión, a resistividade do solo e o gradiente de potencial leste-oeste das diferentes pendentes foron significativos (P < 0,05). Os potenciais redox das pendentes costa abaixo, media e natural foron significativos (P < 0,05). O gradiente de potencial perpendicular ao carril, é dicir, o gradiente de potencial norte-sur, é pendente ascendente > pendente descendente > pendente media. O valor do pH do solo foi da orde de pendente descendente > costa ascendente > pendente media > pendente natural. O sal soluble total, a pendente natural foi significativamente maior que a pendente do ferrocarril (P < 0,05). O contido total de sal soluble do solo de pendente do ferrocarril de terceiro grao é superior a 500 mg/kg, e o sal soluble total ten un efecto moderado sobre a corrosión dos metais. O contido de materia orgánica do solo foi o máis alto na pendente natural e o máis baixo na pendente costa ascendente (P < 0,05). O contido total de nitróxeno foi o máis alto na pendente media e o máis baixo na pendente ascendente; O contido de nitróxeno dispoñible foi o máis alto na pendente descendente e media, e o máis baixo na pendente natural; o contido total de nitróxeno na pendente ascendente e descendente da vía férrea foi menor, pero o contido de nitróxeno dispoñible foi maior. Isto indica que a taxa de mineralización de nitróxeno orgánico en ascenso e descenso é rápida. O contido de potasio dispoñible é o mesmo que o de fósforo dispoñible.
A resistividade do solo é un índice que indica a condutividade eléctrica e un parámetro básico para xulgar a corrosión do solo. Os factores que afectan a resistividade do solo inclúen o contido de humidade, o contido total de sales solubles, o pH, a textura do solo, a temperatura, o contido de materia orgánica, a temperatura do solo e a estanquidade. En xeral, os solos con baixa resistividade son máis corrosivos e viceversa. O uso da resistividade para xulgar a corrosividade do solo é un método que se emprega habitualmente en varios países. A táboa 1 mostra os criterios de avaliación do grao de corrosividade para cada índice37,38.
Segundo os resultados das probas e as normas do meu país (Táboa 1), se a corrosividade do solo só se avalía pola resistividade do solo, o solo na ladeira ascendente é altamente corrosivo; o solo na ladeira descendente é moderadamente corrosivo; a corrosividade do solo na ladeira media e na ladeira natural é relativamente baixa e débil.
A resistividade do solo na ladeira ascendente é significativamente menor que a doutras partes da ladeira, o que pode ser causado pola erosión da choiva. A capa superficial do solo na ladeira ascendente flúe cara á ladeira media coa auga, de xeito que a rede metálica de protección da ladeira ascendente está preto da capa superficial do solo. Algunhas das mallas metálicas quedaron expostas e mesmo suspendidas no aire (Figura 1). A resistividade do solo mediuse in situ; a separación entre pilotes era de 3 m; a profundidade de hincado dos pilotes era inferior a 15 cm. A malla metálica espida e a ferruxe descascarillada poden interferir cos resultados da medición. Polo tanto, non é fiable avaliar a corrosividade do solo só polo índice de resistividade do solo. Na avaliación exhaustiva da corrosión, non se ten en conta a resistividade do solo na ladeira ascendente.
Debido á alta humidade relativa, o aire húmido perenne da zona de Sichuan fai que a malla metálica exposta ao aire se corroa máis seriamente que a malla metálica enterrada no solo39. A exposición da malla metálica ao aire pode provocar unha diminución da vida útil, o que pode desestabilizar os solos costa arriba. A perda de solo pode dificultar o crecemento das plantas, especialmente das plantas leñosas. Debido á falta de plantas leñosas, é difícil formar un sistema radicular costa arriba para solidificar o solo. Ao mesmo tempo, o crecemento das plantas tamén pode mellorar a calidade do solo e aumentar o contido de humus no solo, o que non só pode reter auga, senón que tamén proporciona un bo ambiente para o crecemento e a reprodución de animais e plantas, reducindo así a perda de solo. Polo tanto, na fase inicial da construción, débense sementar máis sementes leñosas na pendente ascendente e débese engadir continuamente axente de retención de auga e cubrirse cunha película para protección, para reducir a erosión do solo costa arriba pola auga de choiva.
O potencial de corrosión é un factor importante que afecta á corrosión da rede de protección de pendentes na pendente de tres niveis e ten o maior impacto na pendente ascendente (Táboa 2). En condicións normais, o potencial de corrosión non cambia moito nun ambiente determinado. Un cambio notable pode ser causado por correntes de dispersión. As correntes de dispersión refírense ás correntes 40, 41, 42 que se filtran no leito da estrada e no medio do solo cando os vehículos usan o sistema de transporte público. Co desenvolvemento do sistema de transporte, o sistema de transporte ferroviario do meu país logrou unha electrificación a grande escala e a corrosión dos metais soterrados causada polas fugas de corrente continua dos ferrocarrís electrificados non se pode ignorar. Actualmente, o gradiente de potencial do solo pódese usar para determinar se o solo contén perturbacións de correntes de dispersión. Cando o gradiente de potencial do solo superficial é inferior a 0,5 mv/m, a corrente de dispersión é baixa; cando o gradiente de potencial está no rango de 0,5 mv/m a 5,0 mv/m, a corrente de dispersión é moderada; Cando o gradiente de potencial é superior a 5,0 mv/m, o nivel de corrente de dispersión é alto. O rango flotante do gradiente de potencial (EW) na metade da pendente, na pendente ascendente e na pendente descendente móstrase na Figura 3. En termos do rango flotante, hai correntes de dispersión moderadas nas direccións leste-oeste e norte-sur da metade da pendente. Polo tanto, a corrente de dispersión é un factor importante que afecta á corrosión das mallas metálicas na metade da pendente e na pendente descendente, especialmente na metade da pendente.
Xeralmente, o potencial redox do solo (Eh) por riba de 400 mV indica a capacidade oxidante, por riba de 0-200 mV é unha capacidade redutora media e por debaixo de 0 mV é unha capacidade redutora grande. Canto menor sexa o potencial redox do solo, maior será a capacidade de corrosión dos microorganismos do solo aos metais44. É posible predicir a tendencia da corrosión microbiana do solo a partir do potencial redox. O estudo descubriu que o potencial redox do solo das tres ladeiras era superior a 500 mV e que o nivel de corrosión era moi pequeno. Isto demostra que as condicións de ventilación do solo en pendente son boas, o que non favorece a corrosión dos microorganismos anaeróbicos no solo.
Estudos previos descubriron que o impacto do pH do solo na erosión do solo é obvio. Coa flutuación do valor do pH, a taxa de corrosión dos materiais metálicos vese afectada significativamente. O pH do solo está estreitamente relacionado coa área e os microorganismos do solo45,46,47. En xeral, o efecto do pH do solo na corrosión dos materiais metálicos en solos lixeiramente alcalinos non é obvio. Os solos das tres pistas do ferrocarril son todos alcalinos, polo que o efecto do pH na corrosión da malla metálica é débil.
Como se pode observar na Táboa 3, a análise de correlación mostra que o potencial redox e a posición da pendente están correlacionados positivamente de forma significativa (R2 = 0,858), o potencial de corrosión e o gradiente de potencial (SN) están correlacionados positivamente de forma significativa (R2 = 0,755), e o potencial redox e o gradiente de potencial (SN) están correlacionados positivamente de forma significativa (R2 = 0,755). Houbo unha correlación negativa significativa entre o potencial e o pH (R2 = -0,724). A posición da pendente correlacionouse positivamente de forma significativa co potencial redox. Isto demostra que existen diferenzas no microambiente das diferentes posicións da pendente, e que os microorganismos do solo están estreitamente relacionados co potencial redox48, 49, 50. O potencial redox correlacionouse negativamente de forma significativa co pH51,52. Esta relación indicou que os valores de pH e Eh non sempre cambiaron de forma sincrona durante o proceso redox do solo, senón que tiñan unha relación lineal negativa. O potencial de corrosión do metal pode representar a capacidade relativa de gañar e perder electróns. Aínda que o potencial de corrosión se correlacionou positivamente de forma significativa co gradiente de potencial (SN), o gradiente de potencial pode estar causado pola fácil perda de electróns polo metal.
O contido total de sales solubles no solo está estreitamente relacionado coa corrosividade do solo. En xeral, canto maior sexa a salinidade do solo, menor será a resistividade do solo, o que aumentará a resistencia do solo. Nos electrólitos do solo, non só os anións e os rangos variables, senón tamén as influencias da corrosión son principalmente carbonatos, cloruros e sulfatos. Ademais, o contido total de sales solubles no solo afecta indirectamente á corrosión a través da influencia doutros factores, como o efecto do potencial do eléctrodo nos metais e a solubilidade do osíxeno no solo53.
A maioría dos ións disociados de sales solubles no solo non participan directamente nas reaccións electroquímicas, senón que afectan á corrosión dos metais a través da resistividade do solo. Canto maior sexa a salinidade do solo, maior será a condutividade do solo e maior será a erosión do solo. O contido de salinidade do solo das ladeiras naturais é significativamente maior que o das ladeiras ferroviarias, o que pode deberse ao feito de que as ladeiras naturais son ricas en vexetación, o que favorece a conservación do solo e da auga. Outra razón pode ser que a ladeira natural experimentou a formación de solo maduro (material parental do solo formado pola meteorización das rochas), pero o solo da ladeira ferroviaria está composto por fragmentos de pedra triturada como matriz do "solo artificial" e non sufriu un proceso de formación do solo suficiente. Non se liberan minerais. Ademais, os ións de sal no solo profundo das ladeiras naturais ascenderon por capilaridade durante a evaporación superficial e acumuláronse no solo superficial, o que provocou un aumento no contido de ións de sal no solo superficial. O grosor do solo da ladeira ferroviaria é inferior a 20 cm, o que resulta na incapacidade da capa superior do solo para suplementar o sal do solo profundo.
Os ións positivos (como K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etc.) teñen pouco efecto na corrosión do solo, mentres que os anións desempeñan un papel significativo no proceso electroquímico de corrosión e teñen un impacto significativo na corrosión dos metais. O Cl− pode acelerar a corrosión do ánodo e é o anión máis corrosivo; canto maior sexa o contido de Cl−, máis forte será a corrosión do solo. O SO42− non só promove a corrosión do aceiro, senón que tamén causa corrosión nalgúns materiais de formigón54. Tamén corroe o ferro. Nunha serie de experimentos con solos ácidos, descubriuse que a taxa de corrosión era proporcional á acidez do solo55. O cloruro e o sulfato son os principais compoñentes dos sales solubles, que poden acelerar directamente a cavitación dos metais. Os estudos demostraron que a perda de peso por corrosión do aceiro ao carbono en solos alcalinos é case proporcional á adición de ións de cloruro e sulfato56,57. Lee et al. descubriron que o SO42- pode dificultar a corrosión, pero promover o desenvolvemento de pozos de corrosión que xa se formaron58.
Segundo o estándar de avaliación da corrosividade do solo e os resultados das probas, o contido de ións de cloruro en cada mostra de solo en pendente foi superior a 100 mg/kg, o que indica unha forte corrosividade do solo. O contido de ións de sulfato tanto na pendente ascendente como na descendente foi superior a 200 mg/kg e inferior a 500 mg/kg, e o solo estaba moderadamente corroído. O contido de ións de sulfato na pendente media é inferior a 200 mg/kg e a corrosión do solo é débil. Cando o medio de solo contén unha alta concentración, participará na reacción e producirá incrustacións de corrosión na superficie do eléctrodo metálico, o que ralentizará a reacción de corrosión. A medida que a concentración aumenta, a incrustación pode romperse repentinamente, o que acelerará considerablemente a velocidade de corrosión; a medida que a concentración continúa aumentando, a incrustación de corrosión cobre a superficie do eléctrodo metálico e a velocidade de corrosión mostra de novo unha tendencia á desaceleración59. O estudo descubriu que a cantidade no solo era menor e, polo tanto, tiña pouco efecto sobre a corrosión.
Segundo a Táboa 4, a correlación entre a pendente e os anións do solo mostrou que había unha correlación positiva significativa entre a pendente e os ións cloruro (R2=0,836) e unha correlación positiva significativa entre a pendente e os sales solubles totais (R2=0,742).
Isto suxire que a escorrentía superficial e a erosión do solo poden ser responsables dos cambios nos sales solubles totais no solo. Houbo unha correlación positiva significativa entre os sales solubles totais e os ións de cloruro, o que pode deberse a que os sales solubles totais son o conxunto de ións de cloruro, e o contido de sales solubles totais determina o contido de ións de cloruro nas solucións do solo. Polo tanto, podemos saber que a diferenza de pendente pode causar unha corrosión grave da parte da malla metálica.
A materia orgánica, o nitróxeno total, o nitróxeno dispoñible, o fósforo dispoñible e o potasio dispoñible son os nutrientes básicos do solo, que afectan á calidade do solo e á absorción de nutrientes polo sistema radicular. Os nutrientes do solo son un factor importante que afecta aos microorganismos do solo, polo que paga a pena estudar se existe unha correlación entre os nutrientes do solo e a corrosión dos metais. O ferrocarril de Suiyu completouse en 2003, o que significa que o solo artificial só experimentou 9 anos de acumulación de materia orgánica. Debido á particularidade do solo artificial, é necesario ter unha boa comprensión dos nutrientes do solo artificial.
A investigación demostra que o contido de materia orgánica é o máis alto no solo de pendente natural despois de todo o proceso de formación do solo. O contido de materia orgánica do solo de baixa pendente foi o máis baixo. Debido á influencia da meteorización e da escorrentía superficial, os nutrientes do solo acumúlanse na ladeira media e baixa, formando unha capa grosa de humus. Non obstante, debido ás pequenas partículas e á mala estabilidade do solo de baixa pendente, a materia orgánica descomponse facilmente polos microorganismos. O estudo descubriu que a cobertura e a diversidade da vexetación na ladeira media e baixa eran altas, pero a homoxeneidade era baixa, o que pode levar a unha distribución desigual dos nutrientes superficiais. Unha capa grosa de humus retén auga e os organismos do solo están activos. Todo isto acelera a descomposición da materia orgánica no solo.
O contido de nitróxeno hidrolizado alcalino das vías férreas en pendente ascendente, media e descendente foi maior que o da pendente natural, o que indica que a taxa de mineralización de nitróxeno orgánico da pendente da vía férrea era significativamente maior que a da pendente natural. Canto máis pequenas son as partículas, máis inestable é a estrutura do solo, máis doado é para os microorganismos descompoñer a materia orgánica dos agregados e maior é a reserva de nitróxeno orgánico mineralizado60,61. De acordo cos resultados do estudo 62, o contido de agregados de pequenas partículas no solo das pendentes das vías férreas foi significativamente maior que o das pendentes naturais. Polo tanto, débense tomar medidas axeitadas para aumentar o contido de fertilizante, materia orgánica e nitróxeno no solo da pendente da vía férrea e para mellorar a utilización sostible do solo. O desperdicio de fósforo e potasio dispoñibles causado pola escorrentía superficial representou entre o 77,27 % e o 99,79 % da perda total da pendente da vía férrea. A escorrentía superficial pode ser o principal factor da perda de nutrientes dispoñibles nos solos de pendente63,64,65.
Como se mostra na Táboa 4, houbo unha correlación positiva significativa entre a posición da pendente e o fósforo dispoñible (R2 = 0,948), e a correlación entre a posición da pendente e o potasio dispoñible foi a mesma (R2 = 0,898). Isto demostra que a posición da pendente afecta o contido de fósforo dispoñible e potasio dispoñible no solo.
O gradiente é un factor importante que afecta o contido de materia orgánica do solo e o enriquecemento con nitróxeno66, e canto menor sexa o gradiente, maior será a taxa de enriquecemento. No caso do enriquecemento de nutrientes do solo, a perda de nutrientes debilitouse e o efecto da posición da pendente sobre o contido de materia orgánica do solo e o enriquecemento total de nitróxeno non foi obvio. Os diferentes tipos e números de plantas en diferentes pendentes teñen diferentes ácidos orgánicos segregados polas raíces das plantas. Os ácidos orgánicos son beneficiosos para a fixación do fósforo dispoñible e do potasio dispoñible no solo. Polo tanto, houbo unha correlación significativa entre a posición da pendente e o fósforo dispoñible, e a posición da pendente e o potasio dispoñible.
Para aclarar a relación entre os nutrientes do solo e a corrosión do solo, é necesario analizar a correlación. Como se mostra na Táboa 5, o potencial redox estivo significativamente correlacionado negativamente co nitróxeno dispoñible (R2 = -0,845) e significativamente correlacionado positivamente co fósforo dispoñible (R2 = 0,842) e o potasio dispoñible (R2 = 0,980). O potencial redox reflicte a calidade do redox, que normalmente se ve afectada por algunhas propiedades físicas e químicas do solo e, a continuación, afecta a unha serie de propiedades do solo. Polo tanto, é un factor importante para determinar a dirección da transformación dos nutrientes do solo67. As diferentes calidades redox poden dar lugar a diferentes estados e dispoñibilidade de factores nutricionais. Polo tanto, o potencial redox ten unha correlación significativa co nitróxeno dispoñible, o fósforo dispoñible e o potasio dispoñible.
Ademais das propiedades dos metais, o potencial de corrosión tamén está relacionado coas propiedades do solo. O potencial de corrosión correlacionouse negativamente de forma significativa coa materia orgánica, o que indica que a materia orgánica tiña un efecto significativo sobre o potencial de corrosión. Ademais, a materia orgánica tamén se correlacionou negativamente de forma significativa co gradiente de potencial (SN) (R2 = -0,713) e o ión sulfato (R2 = -0,671), o que indica que o contido de materia orgánica tamén afecta o gradiente de potencial (SN) e o ión sulfato. Houbo unha correlación negativa significativa entre o pH do solo e o potasio dispoñible (R2 = -0,728).
O nitróxeno dispoñible correlacionouse negativamente de forma significativa cos sales solubles totais e os ións de cloruro, e o fósforo e o potasio dispoñibles correlacionáronse positivamente de forma significativa cos sales solubles totais e os ións de cloruro. Isto indicou que o contido de nutrientes dispoñibles afectou significativamente a cantidade de sales solubles totais e ións de cloruro no solo, e os anións no solo non favoreceron a acumulación e o subministro de nutrientes dispoñibles. O nitróxeno total correlacionouse negativamente de forma significativa co ión sulfato e positivamente de forma significativa co bicarbonato, o que indica que o nitróxeno total tivo un efecto sobre o contido de sulfato e bicarbonato. As plantas teñen pouca demanda de ións de sulfato e bicarbonato, polo que a maioría deles están libres no solo ou son absorbidos polos coloides do solo. Os ións de bicarbonato favorecen a acumulación de nitróxeno no solo e os ións de sulfato reducen a dispoñibilidade de nitróxeno no solo. Polo tanto, aumentar adecuadamente o contido de nitróxeno e humus dispoñibles no solo é beneficioso para reducir a corrosividade do solo.
O solo é un sistema con composición e propiedades complexas. A corrosividade do solo é o resultado da acción sinérxica de moitos factores. Polo tanto, xeralmente utilízase un método de avaliación exhaustivo para avaliar a corrosividade do solo. Con referencia ao "Código para a Investigación da Enxeñaría Xeotécnica" (GB50021-94) e aos métodos de ensaio da Rede de Probas de Corrosión do Solo de China, o grao de corrosión do solo pódese avaliar exhaustivamente segundo os seguintes estándares: (1) A avaliación é corrosión débil, se só hai corrosión débil, non hai corrosión moderada nin corrosión forte; (2) se non hai corrosión forte, avalíase como corrosión moderada; (3) se hai un ou dous lugares de corrosión forte, avalíase como corrosión forte; (4) se hai 3 ou máis lugares de corrosión forte, avalíase como corrosión forte para corrosión severa.
Segundo a resistividade do solo, o potencial redox, o contido de auga, o contido de sal, o valor do pH e o contido de Cl e SO42-, avaliáronse exhaustivamente os graos de corrosión das mostras de solo en varias pendentes. Os resultados da investigación mostran que os solos en todas as pendentes son altamente corrosivos.
O potencial de corrosión é un factor importante que afecta á corrosión da rede de protección de pendentes. Os potenciais de corrosión das tres pendentes son todos inferiores a -200 mv, o que ten o maior impacto na corrosión da malla metálica en ascenso. O gradiente de potencial pódese usar para xulgar a magnitude da corrente de dispersión no solo. A corrente de dispersión é un factor importante que afecta á corrosión da malla metálica en pendentes medias e en ascenso, especialmente en pendentes medias. O contido total de sal soluble nos solos das pendentes superior, media e inferior foi superior a 500 mg/kg, e o efecto de corrosión na rede de protección de pendentes foi moderado. O contido de auga no solo é un factor importante que afecta á corrosión das mallas metálicas en pendentes medias e baixas, e ten un maior impacto na corrosión das mallas de protección de pendentes. Os nutrientes son máis abundantes no solo de pendentes medias, o que indica que hai actividades microbianas frecuentes e un rápido crecemento das plantas.
A investigación demostra que o potencial de corrosión, o gradiente de potencial, o contido total de sales solubles e o contido de auga son os principais factores que afectan á corrosión do solo nas tres ladeiras, e a corrosión do solo avalíase como forte. A corrosión da rede de protección de ladeiras é a máis grave na ladeira media, o que proporciona unha referencia para o deseño anticorrosión da rede de protección de ladeiras ferroviarias. A adición axeitada de nitróxeno e fertilizante orgánico dispoñible é beneficiosa para reducir a corrosión do solo, facilitar o crecemento das plantas e, finalmente, estabilizar a ladeira.
Como citar este artigo: Chen, J. et al. Efectos da composición do solo e da electroquímica na corrosión da rede de pendentes rochosas ao longo dunha liña ferroviaria chinesa. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL e Yang, GL Características dinámicas das ladeiras da subbase ferroviaria baixo excitación sísmica. Desastre natural. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Análise dos danos típicos causados ​​por terremotos en autoestradas na zona afectada polo terremoto de Wenchuan, na provincia de Sichuan [J]. Revista chinesa de mecánica e enxeñaría de rochas. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. e Jinsong, J. Análise de danos sísmicos e contramedidas en pontes de autoestradas no terremoto de Wenchuan. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY e Liu, CC. O efecto do terremoto de Chichi nos deslizamentos de terra inducidos polas choivas posteriores no centro de Taiwán. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Efectos a longo prazo dos deslizamentos de terra inducidos por terremotos na produción de sedimentos nunha conca hidrográfica de montaña: rexión de Tanzawa, Xapón. Xeomorfoloxía. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. e Dedong, L. Unha revisión da investigación sobre a análise da estabilidade sísmica de ladeiras xeotécnicas. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Investigación sobre os riscos xeolóxicos causados ​​polo terremoto de Wenchuan en Sichuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Protección de ladeiras con vexetación: mecánica das raíces dalgunhas plantas tropicais. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI e Kitayama, K. Efectos topográficos nos bosques tropicais de montaña baixa en diferentes condicións xeolóxicas no monte Kinabalu, Borneo. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Características ideais das raíces das plantas para protexer ladeiras naturais e artificiais contra deslizamentos de terra. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. e Knapen, A. Efectos das raíces das herbas na erosión da capa superior do solo durante o fluxo concentrado. Xeomorfoloxía 76, 54–67 (2006).