Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Uzimajući željezničku padinu Sui-Chongqing kao objekt istraživanja, otpornost tla, elektrokemija tla (korozijski potencijal, redoks potencijal, gradijent potencijala i pH), anioni tla (ukupne topljive soli, Cl-, SO42- i) i hranjive tvari u tlu (sadržaj vlage, organska tvar, ukupni dušik, alkalno hidrolizirani dušik, dostupan fosfor, dostupan kalij). Pod različitim nagibima, stupanj korozije procjenjuje se prema pojedinačnim pokazateljima i sveobuhvatnim pokazateljima umjetnog tla. U usporedbi s drugim čimbenicima, voda ima najveći utjecaj na koroziju zaštitne mreže pokosa, a slijedi sadržaj aniona. Ukupna topljiva sol ima umjeren utjecaj na koroziju zaštitne mreže pokosa, a lutajuća struja ima umjeren utjecaj na koroziju zaštitne mreže pokosa. Stupanj korozije uzoraka tla sveobuhvatno je procijenjen, a korozija na gornjoj padini bila je umjerena, a korozija na srednjoj i donjoj padini jaka. Organska tvar u tlu značajno je korelirala s gradijentom potencijala. Dostupni dušik, dostupan kalij i dostupan fosfor značajno su korelirali s anionima. Raspodjela hranjivih tvari u tlu neizravno je povezana s tipom padine.
Prilikom izgradnje željeznica, autocesta i vodoopskrbnih objekata, planinski otvori su često neizbježni. Zbog planina na jugozapadu, izgradnja željeznica u Kini zahtijeva mnogo iskopa planine. To uništava izvorno tlo i vegetaciju, stvarajući izložene stjenovite padine. Ova situacija dovodi do klizišta i erozije tla, što ugrožava sigurnost željezničkog prometa. Klizišta su loša za cestovni promet, posebno nakon potresa u Wenchuanu 12. svibnja 2008. Klizišta su postala široko rasprostranjena i ozbiljna potresna katastrofa. U procjeni 4243 kilometra ključnih magistralnih cesta u provinciji Sečuan iz 2008. godine, zabilježeno je 1736 teških potresa u cestovnom trupu i potpornim zidovima na padinama, što čini 39,76% ukupne duljine procjene. Izravni ekonomski gubici od oštećenja cesta premašili su 58 milijardi juana 2,3. Globalni primjeri pokazuju da geohazardi nakon potresa mogu trajati najmanje 10 godina (potres na Tajvanu), pa čak i 40-50 godina (potres u Kantu u Japanu) 4,5. Gradijent je glavni čimbenik koji utječe na opasnost od potresa 6,7. Stoga je potrebno održavati nagib ceste i jačati njegovu stabilnost. Biljke igraju nezamjenjivu ulogu u zaštiti padina i ekološkoj obnovi krajolika 8. U usporedbi s običnim padinama tla, kamene padine nemaju akumulaciju hranjivih tvari poput organske tvari, dušika, fosfora i kalija, te nemaju okruženje tla potrebno za rast vegetacije. Zbog čimbenika poput velikog nagiba i erozije kišom, tlo na padinama se lako gubi. Okoliš nagiba je surovo, nedostaju potrebni uvjeti za rast biljaka, a tlu padine nedostaje potporna stabilnost9. Prskanje padine osnovnim materijalom za pokrivanje tla radi zaštite padine uobičajena je tehnologija ekološke obnove padine u mojoj zemlji. Umjetno tlo koje se koristi za prskanje sastoji se od drobljenog kamena, poljoprivrednog tla, slame, složenog gnojiva, sredstva za zadržavanje vode i ljepila (uobičajeno korištena ljepila uključuju portland cement, organsko ljepilo i asfaltni emulgator) u određenom omjeru. Tehnički postupak je: prvo se na stijenu postavi bodljikava žica, zatim se bodljikava žica pričvrsti zakovicama i sidrenim vijcima, a na kraju se umjetno tlo koje sadrži sjeme po padini poprska posebnim raspršivačem. Uglavnom se koristi metalna mreža u obliku dijamanta 14# koja je potpuno pocinčana, sa standardom mreže od 5 cm × 5 cm i promjerom od 2 mm. Metalna mreža omogućuje matrici tla da formira izdržljivu monolitnu ploču na površini stijene. Metalna mreža će korodirati u tlu, jer je samo tlo elektrolit, a stupanj korozije ovisi o karakteristikama tla. Procjena faktora korozije tla od velikog je značaja za procjenu erozije metalne mreže uzrokovane tlom i uklanjanje klizišta. opasnosti.
Vjeruje se da korijenje biljaka igra ključnu ulogu u stabilizaciji padina i kontroli erozije10,11,12,13,14. Za stabilizaciju padina od plitkih klizišta može se koristiti vegetacija jer korijenje biljaka može učvrstiti tlo kako bi se spriječila klizišta15,16,17. Drvenasta vegetacija, posebno drveće, pomaže u sprječavanju plitkih klizišta18. Čvrsta zaštitna struktura koju tvore vertikalni i bočni korijenski sustavi biljaka koji djeluju kao ojačavajući piloti u tlu. Razvoj obrazaca korijenske arhitekture pokreću geni, a tlo igra odlučujuću ulogu u tim procesima. Korozija metala varira ovisno o tlu20. Stupanj korozije metala u tlu može se kretati od prilično brzog otapanja do zanemarivog utjecaja21. Umjetno tlo vrlo se razlikuje od pravog "tla". Formiranje prirodnih tala rezultat je interakcija između vanjskog okoliša i različitih organizama tijekom desetaka milijuna godina22,23,24. Prije nego što drvenasta vegetacija formira stabilan korijenski sustav i ekosustav, može li metalna mreža u kombinaciji s kamenom padinom i umjetnim tlom sigurno funkcionirati izravno je povezano s razvojem prirodnog gospodarstva, sigurnošću života i poboljšanje ekološkog okruženja.
Međutim, korozija metala može dovesti do ogromnih gubitaka. Prema istraživanju provedenom u Kini početkom 1980-ih o kemijskim strojevima i drugim industrijama, gubici uzrokovani korozijom metala činili su 4% ukupne vrijednosti proizvodnje. Stoga je od velike važnosti proučiti mehanizam korozije i poduzeti zaštitne mjere za ekonomičnu gradnju. Tlo je složen sustav plinova, tekućina, krutih tvari i mikroorganizama. Mikrobni metaboliti mogu korodirati materijale, a lutajuće struje također mogu uzrokovati koroziju. Stoga je važno spriječiti koroziju metala zakopanih u tlu. Trenutno se istraživanje korozije zakopanih metala uglavnom usredotočuje na (1) čimbenike koji utječu na koroziju zakopanih metala25; (2) metode zaštite metala26,27; (3) metode procjene stupnja korozije metala28; Korozija u različitim medijima. Međutim, sva tla u studiji bila su prirodna i prošla su kroz dovoljne procese stvaranja tla. Međutim, nema izvješća o umjetnoj eroziji tla na stjenovitim padinama željezničkih pruga.
U usporedbi s drugim korozivnim medijima, umjetno tlo ima karakteristike nelikvidnosti, heterogenosti, sezonalnosti i regionalnosti. Korozija metala u umjetnim tlima uzrokovana je elektrokemijskim interakcijama između metala i umjetnih tala. Osim urođenih čimbenika, brzina korozije metala ovisi i o okolnom okruženju. Različiti čimbenici utječu na koroziju metala pojedinačno ili u kombinaciji, kao što su sadržaj vlage, sadržaj kisika, ukupni sadržaj topljivih soli, sadržaj aniona i metalnih iona, pH, mikrobi u tlu30,31,32.
U 30 godina prakse, pitanje kako trajno očuvati umjetna tla na stjenovitim padinama predstavljalo je problem33. Grmlje ili drveće ne mogu rasti na nekim padinama nakon 10 godina ručne njege zbog erozije tla. Prljavština na površini metalne mreže na nekim je mjestima isprana. Zbog korozije, neke metalne mreže su pukle i izgubile su svo tlo iznad i ispod sebe (Slika 1). Trenutno se istraživanje korozije željezničkih pokosa uglavnom usredotočuje na koroziju uzemljenja željezničkih trafostanica, koroziju lutajućim strujama koje generira laka željeznica i koroziju željezničkih mostova34,35, tračnica i druge opreme vozila36. Nije bilo izvješća o koroziji metalne mreže za zaštitu željezničkih pokosa. Ovaj rad proučava fizikalna, kemijska i elektrokemijska svojstva umjetnih tala na jugozapadnoj stjenovitoj padini željeznice Suiyu, s ciljem predviđanja korozije metala procjenom svojstava tla i pružanja teorijske i praktične osnove za obnovu ekosustava tla i umjetnu obnovu. Umjetna padina.
Ispitno područje nalazi se u brdovitom području Sečuana (30°32′N, 105°32′E) u blizini željezničke stanice Suining. Područje se nalazi u sredini Sečuanskog bazena, s niskim planinama i brdima, s jednostavnom geološkom strukturom i ravnim terenom. Erozija, rezanje i akumulacija vode stvaraju erodirane brdovite krajolike. Temeljna stijena je uglavnom vapnenac, a nadložak je uglavnom ljubičasti pijesak i muljeviti kamen. Integritet je loš, a stijena je blokovske strukture. Područje istraživanja ima suptropsku vlažnu monsunsku klimu sa sezonskim karakteristikama ranog proljeća, vrućeg ljeta, kratke jeseni i kasne zime. Oborine su obilne, resursi svjetlosti i topline su obilni, razdoblje bez mraza je dugo (prosječno 285 dana), klima je blaga, prosječna godišnja temperatura je 17,4°C, prosječna temperatura najtoplijeg mjeseca (kolovoz) je 27,2°C, a ekstremna maksimalna temperatura je 39,3°C. Najhladniji mjesec je siječanj (prosječna temperatura je 6,5°C), ekstremna minimalna... temperatura je -3,8°C, a prosječna godišnja količina oborina je 920 mm, uglavnom koncentriranih u srpnju i kolovozu. Količina oborina u proljeće, ljeto, jesen i zimu uvelike varira. Udio oborina u svakom godišnjem dobu je 19-21%, 51-54%, 22-24% i 4-5%.
Istraživačko mjesto je nagib od oko 45° na padini željeznice Yu-Sui izgrađene 2003. godine. U travnju 2012. godine bilo je okrenuto prema jugu, unutar 1 km od željezničke stanice Suining. Prirodna padina korištena je kao kontrola. Ekološka obnova padine usvaja stranu tehnologiju prskanja tla za ekološku obnovu. Prema visini bočne padine željezničke pruge, padina se može podijeliti na uzbrdicu, srednju padinu i nizbrdicu (slika 2). Budući da je debljina umjetnog tla iskopane padine oko 10 cm, kako bismo izbjegli onečišćenje produktima korozije metalne mreže tla, koristimo samo lopatu od nehrđajućeg čelika za uzimanje površine tla od 0-8 cm. Za svaku poziciju padine postavljena su četiri ponavljanja, s 15-20 slučajnih točaka uzorkovanja po ponavljanju. Svako ponavljanje je mješavina 15-20 nasumično određenih točaka uzorkovanja iz linije u obliku slova S. Njegova svježa težina je oko 500 grama. Uzorke vratite u laboratorij u polietilenskim vrećicama sa zatvaračem na obradu. Tlo se prirodno suši na zraku, a šljunak te životinjski i biljni ostaci se izdvajaju, drobe ahatnim štapićem i prosijavaju najlonskim sitom od 20 i 100 mesh, osim grubih čestica.
Otpornost tla mjerena je testerom otpora uzemljenja VICTOR4106 proizvođača Shengli Instrument Company; otpornost tla mjerena je na terenu; vlažnost tla mjerena je metodom sušenja. Prijenosni digitalni mv/pH instrument DMP-2 ima visoku ulaznu impedanciju za mjerenje potencijala korozije tla. Gradijent potencijala i redoks potencijal određeni su prijenosnim digitalnim mv/pH instrumentom DMP-2, ukupna topljiva sol u tlu određena je metodom sušenja ostatka, sadržaj kloridnih iona u tlu određen je metodom titracije AgNO3 (Mohrova metoda), sadržaj sulfata u tlu određen je metodom indirektne EDTA titracije, metodom dvostruke indikatorske titracije za određivanje karbonata i bikarbonata u tlu, metodom oksidacije kalijevog dikromata za određivanje organske tvari u tlu, metodom difuzije alkalne otopine za određivanje dušika alkalne hidrolize u tlu, kolorimetrijskom metodom digestije H2SO4-HClO4 s Mo-Sb. Ukupni fosfor u tlu i sadržaj dostupnog fosfora u tlu određeni su Olsenovom metodom (0,05 mol/L otopina NaHCO3 kao ekstraktant), a ukupni sadržaj kalija u tlu određen je fotometrijom s natrijevim hidroksidom i plamenom fuzijom.
Eksperimentalni podaci su u početku sistematizirani. SPSS Statistics 20 je korišten za izvođenje analize srednjih vrijednosti, standardne devijacije, jednosmjerne ANOVA i analize ljudske korelacije.
Tablica 1 prikazuje elektromehanička svojstva, anione i hranjive tvari u tlu s različitim nagibima. Potencijal korozije, otpornost tla i gradijent potencijala istok-zapad različitih nagiba bili su značajni (P < 0,05). Redoks potencijali nizbrdice, srednjeg nagiba i prirodnog nagiba bili su značajni (P < 0,05). Gradijent potencijala okomit na tračnicu, odnosno gradijent potencijala sjever-jug, je uzbrdica>nizbrdica>srednji nagib. pH vrijednost tla bila je u redoslijedu nizbrdica>uzbrdica>srednji nagib>prirodni nagib. Ukupna topljiva sol, prirodni nagib bio je značajno veći od nagiba željezničke pruge (P < 0,05). Ukupni sadržaj topljive soli u tlu nagiba željezničke pruge trećeg razreda je iznad 500 mg/kg, a ukupna topljiva sol ima umjeren utjecaj na koroziju metala. Sadržaj organske tvari u tlu bio je najveći na prirodnom nagibu, a najniži na nizbrdici (P < 0,05). Ukupni sadržaj dušika bio je najveći na srednjem nagibu, a najniži na uzbrdici; Sadržaj dostupnog dušika bio je najveći u nizbrdici i srednjem nagibu, a najniži u prirodnom nagibu; ukupni sadržaj dušika u uzbrdici i nizbrdici željezničke pruge bio je niži, ali je sadržaj dostupnog dušika bio veći. To ukazuje na to da je stopa mineralizacije organskog dušika uzbrdo i nizbrdo brza. Sadržaj dostupnog kalija isti je kao i sadržaj dostupnog fosfora.
Otpornost tla je indeks koji pokazuje električnu vodljivost i osnovni parametar za procjenu korozije tla. Čimbenici koji utječu na otpornost tla uključuju sadržaj vlage, ukupni sadržaj topljivih soli, pH, teksturu tla, temperaturu, sadržaj organske tvari, temperaturu tla i nepropusnost. Općenito govoreći, tla s niskom otpornošću su korozivnija i obrnuto. Korištenje otpornosti za procjenu korozivnosti tla metoda je koja se često koristi u raznim zemljama. Tablica 1 prikazuje kriterije za procjenu stupnja korozivnosti za svaki pojedinačni indeks37,38.
Prema rezultatima ispitivanja i standardima u mojoj zemlji (Tablica 1), ako se korozivnost tla procjenjuje samo otpornošću tla, tlo na uzbrdici je vrlo korozivno; tlo na nizbrdici je umjereno korozivno; korozivnost tla na srednjoj i prirodnoj padini je relativno niska do slaba.
Otpor tla uzbrdice znatno je niži od otpora ostalih dijelova padine, što može biti uzrokovano erozijom kišom. Gornji sloj tla na uzbrdici teče s vodom prema srednjoj padini, tako da je metalna zaštitna mreža uzbrdice blizu gornjeg sloja tla. Neke od metalnih mreža bile su izložene, pa čak i lebdeće u zraku (Slika 1). Otpor tla mjeren je na licu mjesta; razmak između pilota bio je 3 m; dubina zabijanja pilota bila je ispod 15 cm. Gola metalna mreža i ljuštenje hrđe mogu utjecati na rezultate mjerenja. Stoga je nepouzdano procijeniti korozivnost tla samo indeksom otpora tla. U sveobuhvatnoj procjeni korozije, otpor tla uzbrdice se ne uzima u obzir.
Zbog visoke relativne vlažnosti, cjelogodišnji vlažan zrak u području Sečuana uzrokuje ozbiljniju koroziju metalne mreže izložene zraku nego metalne mreže zakopane u tlu39. Izloženost žičane mreže zraku može rezultirati smanjenim vijekom trajanja, što može destabilizirati tlo uzbrdo. Gubitak tla može otežati rast biljaka, posebno drvenastih biljaka. Zbog nedostatka drvenastih biljaka, teško je formirati korijenov sustav uzbrdo kako bi se učvrstilo tlo. Istodobno, rast biljaka također može poboljšati kvalitetu tla i povećati sadržaj humusa u tlu, što ne samo da može zadržati vodu, već i osigurati dobro okruženje za rast i razmnožavanje životinja i biljaka, čime se smanjuje gubitak tla. Stoga, u ranoj fazi izgradnje, treba posijati više drvenastog sjemena na uzbrdici, a sredstvo za zadržavanje vode treba kontinuirano dodavati i prekrivati ​​folijom radi zaštite, kako bi se smanjila erozija tla uzbrdicom.
Korozijski potencijal važan je čimbenik koji utječe na koroziju zaštitne mreže na padini s tri razine, a najveći utjecaj ima na uzbrdici (Tablica 2). U normalnim uvjetima, korozijski potencijal se ne mijenja puno u danom okruženju. Primjetnu promjenu mogu uzrokovati lutajuće struje. Lutajuće struje odnose se na struje 40, 41, 42 koje prodiru u cestovni medij i tlo kada vozila koriste javni prijevoz. Razvojem prometnog sustava, željeznički prometni sustav moje zemlje postigao je elektrifikaciju velikih razmjera, a korozija zakopanih metala uzrokovana curenjem istosmjerne struje iz elektrificiranih željeznica ne može se zanemariti. Trenutno se gradijent potencijala tla može koristiti za utvrđivanje sadrži li tlo poremećaje lutajućih struja. Kada je gradijent potencijala površinskog tla niži od 0,5 mv/m, lutajuća struja je niska; kada je gradijent potencijala u rasponu od 0,5 mv/m do 5,0 mv/m, lutajuća struja je umjerena; Kada je gradijent potencijala veći od 5,0 mv/m, razina lutajuće struje je visoka. Plutajući raspon gradijenta potencijala (EW) srednjeg nagiba, uzlaznog i nizlaznog nagiba prikazan je na slici 3. Što se tiče plutajućeg raspona, postoje umjerene lutajuće struje u smjeru istok-zapad i sjever-jug srednjeg nagiba. Stoga je lutajuća struja važan čimbenik koji utječe na koroziju metalnih mreža na srednjem i nizlaznom nagibu, posebno na srednjem nagibu.
Općenito, redoks potencijal tla (Eh) iznad 400 mV ukazuje na oksidacijsku sposobnost, iznad 0-200 mV je srednja redukcijska sposobnost, a ispod 0 mV je velika redukcijska sposobnost. Što je niži redoks potencijal tla, to je veća korozijska sposobnost mikroorganizama u tlu na metale44. Moguće je predvidjeti trend mikrobne korozije tla iz redoks potencijala. Studija je otkrila da je redoks potencijal tla na tri padine bio veći od 500 mv, a razina korozije vrlo mala. To pokazuje da je stanje ventilacije tla na padinama dobro, što ne pogoduje koroziji anaerobnih mikroorganizama u tlu.
Prethodne studije su otkrile da je utjecaj pH tla na eroziju tla očit. S fluktuacijom pH vrijednosti, brzina korozije metalnih materijala značajno je pogođena. pH tla usko je povezan s područjem i mikroorganizmima u tlu45,46,47. Općenito govoreći, utjecaj pH tla na koroziju metalnih materijala u blago alkalnom tlu nije očit. Tla triju željezničkih kosina su sva alkalna, pa je utjecaj pH na koroziju metalne mreže slab.
Kao što se može vidjeti iz Tablice 3, korelacijska analiza pokazuje da su redoks potencijal i položaj nagiba značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,858), korozijski potencijal i gradijent potencijala (SN) značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,755), a redoks potencijal i gradijent potencijala (SN) značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,755). Postojala je značajna negativna korelacija između potencijala i pH (R2 = -0,724). Položaj nagiba bio je značajno pozitivno koreliran s redoks potencijalom. To pokazuje da postoje razlike u mikrookolini različitih položaja nagiba, a mikroorganizmi u tlu su usko povezani s redoks potencijalom48, 49, 50. Redoks potencijal bio je značajno negativno koreliran s pH51,52. Ovaj odnos pokazao je da se vrijednosti pH i Eh nisu uvijek mijenjale sinkrono tijekom redoks procesa tla, već su imale negativan linearni odnos. Potencijal korozije metala može predstavljati relativnu sposobnost primanja i gubitka elektrona. Iako je potencijal korozije bio značajno pozitivno koreliran s gradijentom potencijala (SN), gradijent potencijala može biti uzrokovan lakim gubitkom elektrona od strane metala.
Ukupni sadržaj topljivih soli u tlu usko je povezan s korozivnošću tla. Općenito govoreći, što je veća slanost tla, to je niži otpor tla, čime se povećava otpornost tla. U elektrolitima tla, ne samo anioni i različiti rasponi, već i korozijski utjecaji uglavnom su karbonati, kloridi i sulfati. Osim toga, ukupni sadržaj topljivih soli u tlu neizravno utječe na koroziju kroz utjecaj drugih čimbenika, kao što je učinak elektrodnog potencijala u metalima i topljivost kisika u tlu53.
Većina topljivih iona disociranih soli u tlu ne sudjeluje izravno u elektrokemijskim reakcijama, već utječe na koroziju metala putem otpornosti tla. Što je slanost tla veća, to je vodljivost tla jača i erozija tla jača. Sadržaj slanosti tla prirodnih padina znatno je veći od onog na željezničkim padinama, što može biti posljedica činjenice da su prirodne padine bogate vegetacijom, što pogoduje očuvanju tla i vode. Drugi razlog može biti taj što je prirodna padina doživjela zrelo formiranje tla (matična masa tla nastala trošenjem stijena), ali tlo željezničke padine sastoji se od fragmenata drobljenog kamena kao matrice "umjetnog tla" i nije prošlo dovoljan proces formiranja tla. Minerali se ne oslobađaju. Osim toga, ioni soli u dubokom tlu prirodnih padina podigli su se kapilarnim djelovanjem tijekom površinskog isparavanja i akumulirali u površinskom tlu, što je rezultiralo povećanjem sadržaja iona soli u površinskom tlu. Debljina tla željezničke padine je manja od 20 cm, što rezultira nemogućnošću površinskog sloja tla da nadopuni sol iz dubokog tla.
Pozitivni ioni (kao što su K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ itd.) imaju mali utjecaj na koroziju tla, dok anioni igraju značajnu ulogu u elektrokemijskom procesu korozije i imaju značajan utjecaj na koroziju metala. Cl− može ubrzati koroziju anode i najkorozivniji je anion; što je veći sadržaj Cl−, to je korozija tla jača. SO42− ne samo da potiče koroziju čelika, već uzrokuje i koroziju nekih betonskih materijala54. Također nagriza željezo. U nizu eksperimenata s kiselim tlom, utvrđeno je da je brzina korozije proporcionalna kiselosti tla55. Klorid i sulfat glavne su komponente topljivih soli, koje mogu izravno ubrzati kavitaciju metala. Studije su pokazale da je gubitak težine ugljičnog čelika u alkalnim tlima gotovo proporcionalan dodavanju kloridnih i sulfatnih iona56,57. Lee i suradnici otkrili su da SO42- može ometati koroziju, ali potiče razvoj korozijskih jama koje su već nastale58.
Prema standardu za procjenu korozivnosti tla i rezultatima ispitivanja, sadržaj kloridnih iona u svakom uzorku tla na padini bio je iznad 100 mg/kg, što ukazuje na jaku korozivnost tla. Sadržaj sulfatnih iona i na uzbrdici i na nizbrdici bio je iznad 200 mg/kg i ispod 500 mg/kg, a tlo je bilo umjereno korodirano. Sadržaj sulfatnih iona u srednjoj padini niži je od 200 mg/kg, a korozija tla je slaba. Kada tlo sadrži visoku koncentraciju, sudjelovat će u reakciji i stvoriti korozijsku ljusku na površini metalne elektrode, čime se usporava korozijska reakcija. Kako se koncentracija povećava, ljuska može naglo puknuti, čime se znatno ubrzava brzina korozije; kako se koncentracija nastavlja povećavati, korozijska ljuska prekriva površinu metalne elektrode, a brzina korozije ponovno pokazuje trend usporavanja59. Studija je otkrila da je količina u tlu bila niža i stoga je imala mali utjecaj na koroziju.
Prema Tablici 4, korelacija između nagiba i aniona u tlu pokazala je da postoji značajna pozitivna korelacija između nagiba i kloridnih iona (R2=0,836), te značajna pozitivna korelacija između nagiba i ukupnih topljivih soli (R2=0,742).
To sugerira da površinsko otjecanje i erozija tla mogu biti odgovorni za promjene ukupnih topljivih soli u tlu. Postojala je značajna pozitivna korelacija između ukupnih topljivih soli i kloridnih iona, što može biti zato što su ukupne topljive soli skup kloridnih iona, a sadržaj ukupnih topljivih soli određuje sadržaj kloridnih iona u otopinama tla. Stoga možemo znati da razlika u nagibu može uzrokovati ozbiljnu koroziju metalnog mrežastog dijela.
Organska tvar, ukupni dušik, raspoloživi dušik, raspoloživi fosfor i raspoloživi kalij osnovne su hranjive tvari u tlu koje utječu na kvalitetu tla i apsorpciju hranjivih tvari korijenovim sustavom. Hranjive tvari u tlu važan su čimbenik koji utječe na mikroorganizme u tlu, stoga je vrijedno proučiti postoji li korelacija između hranjivih tvari u tlu i korozije metala. Željeznica Suiyu dovršena je 2003. godine, što znači da je umjetno tlo doživjelo samo 9 godina akumulacije organske tvari. Zbog specifičnosti umjetnog tla, potrebno je dobro razumjeti hranjive tvari u umjetnom tlu.
Istraživanje pokazuje da je sadržaj organske tvari najveći u tlu prirodne padine nakon cijelog procesa formiranja tla. Sadržaj organske tvari u tlu niskog nagiba bio je najniži. Zbog utjecaja vremenskih uvjeta i površinskog otjecanja, hranjive tvari u tlu nakupljaju se na sredini i nizbrdo, formirajući debeli sloj humusa. Međutim, zbog malih čestica i slabe stabilnosti tla niskog nagiba, organsku tvar lako razgrađuju mikroorganizmi. Istraživanje je pokazalo da su pokrivenost i raznolikost vegetacije na sredini i nizbrdo visoki, ali homogenost niska, što može dovesti do neravnomjerne raspodjele površinskih hranjivih tvari. Debeli sloj humusa zadržava vodu i organizmi u tlu su aktivni. Sve to ubrzava razgradnju organske tvari u tlu.
Sadržaj alkalno hidroliziranog dušika u uzbrdici, srednjoj i nizbrdici željezničkih pruga bio je veći od sadržaja prirodnog nagiba, što ukazuje na to da je stopa mineralizacije organskog dušika u uzbrdici željezničke pruge bila znatno veća od one u prirodnom nagibu. Što su čestice manje, to je struktura tla nestabilnija, mikroorganizmima je lakše razgraditi organsku tvar u agregatima i veći je skup mineraliziranog organskog dušika60,61. U skladu s rezultatima studije 62, sadržaj agregata malih čestica u tlu željezničkih nagiba bio je znatno veći od onog u prirodnim nagibima. Stoga se moraju poduzeti odgovarajuće mjere za povećanje sadržaja gnojiva, organske tvari i dušika u tlu željezničke nagiba te za poboljšanje održivog korištenja tla. Gubitak dostupnog fosfora i dostupnog kalija uzrokovan površinskim otjecanjem činio je 77,27% do 99,79% ukupnog gubitka željezničke nagiba. Površinsko otjecanje može biti glavni pokretač gubitka dostupnih hranjivih tvari u tlima nagiba63,64,65.
Kao što je prikazano u Tablici 4, postojala je značajna pozitivna korelacija između položaja nagiba i dostupnog fosfora (R2=0,948), a korelacija između položaja nagiba i dostupnog kalija bila je ista (R2=0,898). To pokazuje da položaj nagiba utječe na sadržaj dostupnog fosfora i dostupnog kalija u tlu.
Gradijent je važan čimbenik koji utječe na sadržaj organske tvari u tlu i obogaćivanje dušikom66, a što je gradijent manji, to je veća stopa obogaćivanja. Kod obogaćivanja tla hranjivim tvarima, gubitak hranjivih tvari bio je oslabljen, a utjecaj položaja nagiba na sadržaj organske tvari u tlu i ukupno obogaćivanje dušikom nije bio očit. Različite vrste i broj biljaka na različitim nagibima imaju različite organske kiseline koje luče korijenje biljaka. Organske kiseline su korisne za fiksaciju dostupnog fosfora i dostupnog kalija u tlu. Stoga je postojala značajna korelacija između položaja nagiba i dostupnog fosfora te položaja nagiba i dostupnog kalija.
Kako bi se razjasnio odnos između hranjivih tvari u tlu i korozije tla, potrebno je analizirati korelaciju. Kao što je prikazano u Tablici 5, redoks potencijal je značajno negativno korelirao s dostupnim dušikom (R2 = -0,845) i značajno pozitivno korelirao s dostupnim fosforom (R2 = 0,842) i dostupnim kalijem (R2 = 0,980). Redoks potencijal odražava kvalitetu redoksa, na koju obično utječu neka fizikalna i kemijska svojstva tla, a zatim utječe na niz svojstava tla. Stoga je važan čimbenik u određivanju smjera transformacije hranjivih tvari u tlu67. Različite redoks kvalitete mogu rezultirati različitim stanjima i dostupnošću nutritivnih čimbenika. Stoga, redoks potencijal ima značajnu korelaciju s dostupnim dušikom, dostupnim fosforom i dostupnim kalijem.
Osim svojstava metala, korozijski potencijal povezan je i sa svojstvima tla. Korozijski potencijal bio je značajno negativno koreliran s organskom tvari, što ukazuje na to da organska tvar ima značajan utjecaj na korozijski potencijal. Osim toga, organska tvar je također bila značajno negativno korelirana s gradijentom potencijala (SN) (R2 = -0,713) i sulfatnim ionom (R2 = -0,671), što ukazuje na to da sadržaj organske tvari također utječe na gradijent potencijala (SN) i sulfatni ion. Postojala je značajna negativna korelacija između pH tla i dostupnog kalija (R2 = -0,728).
Raspoloživi dušik bio je značajno negativno koreliran s ukupnim topljivim solima i kloridnim ionima, a raspoloživi fosfor i raspoloživi kalij bili su značajno pozitivno korelirani s ukupnim topljivim solima i kloridnim ionima. To je ukazivalo na to da sadržaj raspoloživih hranjivih tvari značajno utječe na količinu ukupnih topljivih soli i kloridnih iona u tlu, a anioni u tlu nisu pogodovali akumulaciji i opskrbi raspoloživim hranjivim tvarima. Ukupni dušik bio je značajno negativno koreliran sa sulfatnim ionom, a značajno pozitivno koreliran s bikarbonatom, što ukazuje na to da ukupni dušik utječe na sadržaj sulfata i bikarbonata. Biljke imaju malu potrebu za sulfatnim ionima i bikarbonatnim ionima, pa ih je većina slobodna u tlu ili ih apsorbiraju koloidi tla. Bikarbonatni ioni pogoduju akumulaciji dušika u tlu, a sulfatni ioni smanjuju dostupnost dušika u tlu. Stoga je odgovarajuće povećanje sadržaja raspoloživog dušika i humusa u tlu korisno za smanjenje korozivnosti tla.
Tlo je sustav složenog sastava i svojstava. Korozivnost tla rezultat je sinergijskog djelovanja mnogih čimbenika. Stoga se za procjenu korozivnosti tla općenito koristi sveobuhvatna metoda procjene. Pozivajući se na „Kodeks za geotehnička inženjerska istraživanja“ (GB50021-94) i metode ispitivanja Kineske mreže za ispitivanje korozije tla, stupanj korozije tla može se sveobuhvatno procijeniti prema sljedećim standardima: (1) Procjena je slaba korozija, ako je prisutna samo slaba korozija, nema umjerene korozije ili je prisutna jaka korozija; (2) ako nema jake korozije, procjenjuje se kao umjerena korozija; (3) ako postoji jedno ili dva mjesta jake korozije, procjenjuje se kao jaka korozija; (4) ako postoje 3 ili više mjesta jake korozije, procjenjuje se kao jaka korozija za jaku koroziju.
Prema otpornosti tla, redoks potencijalu, sadržaju vode, sadržaju soli, pH vrijednosti te sadržaju Cl i SO42, sveobuhvatno su procijenjeni stupnjevi korozije uzoraka tla na različitim padinama. Rezultati istraživanja pokazuju da su tla na svim padinama vrlo korozivna.
Korozijski potencijal važan je čimbenik koji utječe na koroziju zaštitne mreže za padine. Korozijski potencijali sve tri padine niži su od -200 mV, što ima najveći utjecaj na koroziju metalne mreže uzbrdo. Gradijent potencijala može se koristiti za procjenu veličine lutajuće struje u tlu. Lutajuća struja važan je čimbenik koji utječe na koroziju metalne mreže na srednjim i uzbrdnim padinama, posebno na srednjim padinama. Ukupni sadržaj topljive soli u tlu gornjih, srednjih i donjih padina bio je iznad 500 mg/kg, a učinak korozije na zaštitnu mrežu za padine bio je umjeren. Sadržaj vode u tlu važan je čimbenik koji utječe na koroziju metalnih mreža na srednjim i nizbrdnim padinama te ima veći utjecaj na koroziju zaštitnih mreža za padine. Hranjive tvari najzastupljenije su u tlu srednjih padina, što ukazuje na česte mikrobne aktivnosti i brz rast biljaka.
Istraživanje pokazuje da su korozijski potencijal, gradijent potencijala, ukupni sadržaj topljivih soli i sadržaj vode glavni čimbenici koji utječu na koroziju tla na tri padine, a korozivnost tla ocijenjena je kao jaka. Korozija zaštitne mreže pokosa najozbiljnija je na srednjoj padini, što pruža referencu za antikorozivni dizajn zaštitne mreže željezničkih pokosa. Odgovarajući dodatak dostupnog dušika i organskih gnojiva koristan je za smanjenje korozije tla, olakšavanje rasta biljaka i konačno stabilizaciju padine.
Kako citirati ovaj članak: Chen, J. i dr. Utjecaj sastava tla i elektrokemije na koroziju mreže stijenskih padina uz kinesku željezničku prugu. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL i Yang, GL Dinamičke karakteristike pokosa podloge željezničke pruge pod utjecajem potresa. Prirodna katastrofa. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. i dr. Analiza tipičnih oštećenja autocesta uzrokovanih potresom u potresom pogođenom području Wenchuana u provinciji Sečuan [J]. Kineski časopis za mehaniku i inženjerstvo stijena. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. i Jinsong, J. Analiza seizmičkih oštećenja i protumjere cestovnih mostova u potresu u Wenchuanu. Kineski časopis za mehaniku i inženjerstvo stijena. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY i Liu, CC Učinak potresa u Chichiju na klizišta uzrokovana naknadnim kišama u središnjem Tajvanu. Inženjerska geologija. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. i dr. Dugoročni učinci klizišta izazvanih potresom na proizvodnju sedimenta u planinskom slivu: regija Tanzawa, Japan. geomorfologija. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. i Dedong, L. Pregled istraživanja o analizi seizmičke stabilnosti geotehničkih padina. Zemljotresno inženjerstvo i inženjerske vibracije. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Istraživanje geoloških opasnosti uzrokovanih potresom u Wenchuanu u Sečuanu. Časopis za inženjersku geologiju 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Zaštita padina vegetacijom: mehanika korijena nekih tropskih biljaka. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI i Kitayama, K. Topografski učinci na tropske niske planinske šume pod različitim geološkim uvjetima na planini Kinabalu, Borneo. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. i dr. Idealne karakteristike korijena biljaka za zaštitu prirodnih i umjetno stvorenih padina od klizišta. Biljke i tla, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. i Knapen, A. Utjecaj korijenja trave na erodibilnost površinskog sloja tla tijekom koncentriranog toka. Geomorfologija 76, 54–67 (2006).