Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom afișa site-ul fără stiluri și JavaScript.
Având ca obiect de cercetare panta căii ferate Sui-Chongqing, s-au evaluat rezistivitatea solului, electrochimia solului (potențialul de coroziune, potențialul redox, gradientul de potențial și pH-ul), anionii solului (săruri solubile totale, Cl-, SO42- și) și nutriția solului (conținut de umiditate, materie organică, azot total, azot hidrolizat alcalin, fosfor disponibil, potasiu disponibil). Sub diferite pante, gradul de coroziune este evaluat în funcție de indicatorii individuali și indicatorii generali ai solului artificial. Comparativ cu alți factori, apa are cea mai mare influență asupra coroziunii plasei de protecție a pantei, urmată de conținutul de anioni. Sarea totală solubilă are un efect moderat asupra coroziunii plasei de protecție a pantei, iar curenții vagabonzi au un efect moderat asupra coroziunii plasei de protecție a pantei. Gradul de coroziune al probelor de sol a fost evaluat în mod cuprinzător, iar coroziunea pe panta superioară a fost moderată, iar coroziunea pe pantele medii și inferioare a fost puternică. Materia organică din sol a fost corelată semnificativ cu gradientul de potențial. Azotul disponibil, potasiul disponibil și fosforul disponibil au fost corelate semnificativ cu anionii. Distribuția nutrienților din sol este indirect legată de tipul pantei.
Atunci când se construiesc căi ferate, autostrăzi și instalații de conservare a apei, deschiderile în munți sunt adesea inevitabile. Din cauza munților din sud-vest, construcția căilor ferate din China necesită multe excavații ale muntelui. Aceasta distruge solul și vegetația originală, creând pante stâncoase expuse. Această situație duce la alunecări de teren și eroziunea solului, amenințând astfel siguranța transportului feroviar. Alunecările de teren sunt dăunătoare pentru traficul rutier, în special după cutremurul din Wenchuan din 12 mai 2008. Alunecările de teren au devenit un dezastru cutremure grave și răspândite pe scară largă. În evaluarea din 2008 a 4.243 de kilometri de drumuri principale din provincia Sichuan, au existat 1.736 de dezastre cutremure severe la nivelul platformelor rutiere și al zidurilor de sprijin ale pantelor, reprezentând 39,76% din lungimea totală a evaluării. Pierderile economice directe cauzate de deteriorarea drumurilor au depășit 58 de miliarde de yuani2,3. Exemplele globale arată că geohazardele post-seismice pot dura cel puțin 10 ani (cutremurul din Taiwan) și chiar până la 40-50 de ani (cutremurul din Kanto din Japonia)4,5. Panta este principalul factor care afectează riscul cutremurului6,7. Prin urmare, este necesar să se mențină panta drumului și să se consolideze stabilitatea acesteia. Plantele joacă un rol de neînlocuit în protecția pantelor și restaurarea peisajului ecologic8. Comparativ cu pantele obișnuite ale solului, pantele stâncoase nu au acumularea de factori nutritivi precum materia organică, azotul, fosforul și potasiul și nu au mediul solului necesar creșterii vegetației. Din cauza unor factori precum panta mare și eroziunea cauzată de ploaie, solul de pe pante se pierde ușor. Mediul de pe pante este dur, îi lipsește... condițiile necesare pentru creșterea plantelor, iar solul pantei nu are stabilitate de susținere9. Pulverizarea pantei cu material de bază pentru a acoperi solul și a proteja panta este o tehnologie de restaurare ecologică a pantei frecvent utilizată în țara mea. Solul artificial utilizat pentru pulverizare este compus din piatră zdrobită, sol agricol, paie, îngrășământ compus, agent de reținere a apei și adeziv (adezivii utilizați în mod obișnuit includ ciment Portland, lipici organic și emulgator asfaltic) ​​într-o anumită proporție. Procesul tehnic este: mai întâi se așează sârmă ghimpată pe rocă, apoi se fixează sârma ghimpată cu nituri și șuruburi de ancorare și, în final, se pulverizează pământ artificial care conține semințe pe pantă cu un pulverizator special. Se utilizează în mare parte plasa metalică în formă de diamant de 14#, complet galvanizată, cu un standard de plasă de 5cm × 5cm și un diametru de 2mm. Plasa metalică permite matricei solului să formeze o placă monolitică durabilă pe suprafața rocii. Plasa metalică se va coroda în sol, deoarece solul în sine este un electrolit, iar gradul de coroziune depinde de caracteristicile solului. Evaluarea factorilor de coroziune a solului este de mare importanță pentru evaluarea eroziunii plasei metalice induse de sol și eliminarea alunecărilor de teren. pericole.
Se crede că rădăcinile plantelor joacă un rol crucial în stabilizarea pantelor și controlul eroziunii10,11,12,13,14. Pentru a stabiliza pantele împotriva alunecărilor superficiale, se poate utiliza vegetația, deoarece rădăcinile plantelor pot fixa solul pentru a preveni alunecările de teren15,16,17. Vegetația lemnoasă, în special copacii, ajută la prevenirea alunecărilor superficiale18. O structură de protecție robustă formată de sistemele radiculare verticale și laterale ale plantelor care acționează ca grămezi de armare în sol. Dezvoltarea modelelor de arhitectură radiculară este determinată de gene, iar mediul solului joacă un rol decisiv în aceste procese. Coroziunea metalelor variază în funcție de mediul solului20. Gradul de coroziune a metalelor din sol poate varia de la o dizolvare destul de rapidă până la un impact neglijabil21. Solul artificial este foarte diferit de „solul” real. Formarea solurilor naturale este rezultatul interacțiunilor dintre mediul extern și diverse organisme de-a lungul a zeci de milioane de ani22,23,24. Înainte ca vegetația lemnoasă să formeze un sistem radicular stabil și un ecosistem, dacă plasa metalică combinată cu panta de rocă și solul artificial poate funcționa în siguranță este direct legată de dezvoltarea economiei naturale, de siguranța vieții și de... îmbunătățirea mediului ecologic.
Cu toate acestea, coroziunea metalelor poate duce la pierderi uriașe. Conform unui studiu realizat în China la începutul anilor 1980 privind utilajele chimice și alte industrii, pierderile cauzate de coroziunea metalelor au reprezentat 4% din valoarea totală a producției. Prin urmare, este de mare importanță studierea mecanismului de coroziune și luarea de măsuri de protecție pentru construcțiile economice. Solul este un sistem complex de gaze, lichide, solide și microorganisme. Metaboliții microbieni pot coroda materialele, iar curenții vagabonzi pot provoca, de asemenea, coroziune. Prin urmare, este important să se prevină coroziunea metalelor îngropate în sol. În prezent, cercetarea privind coroziunea metalelor îngropate se concentrează în principal pe (1) factorii care afectează coroziunea metalelor îngropate25; (2) metodele de protecție a metalelor26,27; (3) metodele de evaluare a gradului de coroziune a metalelor28; Coroziunea în diferite medii. Cu toate acestea, toate solurile din studiu au fost naturale și au suferit suficiente procese de formare a solului. Cu toate acestea, nu există niciun raport privind eroziunea artificială a solului pe versanții stâncilor de cale ferată.
Comparativ cu alte medii corozive, solul artificial are caracteristici de iliquiditate, heterogenitate, sezonalitate și regionalitate. Coroziunea metalelor în solurile artificiale este cauzată de interacțiunile electrochimice dintre metale și solurile artificiale. Pe lângă factorii înnăscuți, rata de coroziune a metalelor depinde și de mediul înconjurător. O varietate de factori afectează coroziunea metalelor individual sau în combinație, cum ar fi conținutul de umiditate, conținutul de oxigen, conținutul total de săruri solubile, conținutul de anioni și ioni metalici, pH-ul, microbii din sol30,31,32.
În 30 de ani de practică, problema modului de conservare permanentă a solurilor artificiale pe versanții stâncuși a reprezentat o problemă33. Arbuștii sau copacii nu pot crește pe unele pante după 10 ani de îngrijire manuală din cauza eroziunii solului. Murdăria de pe suprafața plasei metalice a fost spălată în unele locuri. Din cauza coroziunii, unele plase metalice s-au crăpat și au pierdut tot solul de deasupra și de dedesubt (Figura 1). În prezent, cercetarea privind coroziunea pantei feroviare se concentrează în principal pe coroziunea grilei de împământare a substațiilor feroviare, coroziunea curenților vagabonzi generați de trenul ușor și coroziunea podurilor de cale ferată34,35, a liniilor și a altor echipamente ale vehiculelor36. Nu au existat raportări de coroziune a plasei metalice de protecție a pantei feroviare. Această lucrare studiază proprietățile fizice, chimice și electrochimice ale solurilor artificiale de pe versantul stâncos de sud-vest al căii ferate Suiyu, cu scopul de a prezice coroziunea metalelor prin evaluarea proprietăților solului și de a oferi o bază teoretică și practică pentru restaurarea ecosistemului solului și restaurarea artificială. Pantă artificială.
Amplasamentul de testare este situat în zona deluroasă a provinciei Sichuan (30°32′N, 105°32′E), în apropierea gării Suining. Zona este situată în mijlocul bazinului Sichuan, cu munți și dealuri joase, cu o structură geologică simplă și un teren plat. Eroziunea, tăierea și acumularea de apă creează peisaje deluroase erodate. Roca de bază este în principal calcar, iar stratul de acoperire este în principal nisip violet și argilă. Integritatea este slabă, iar roca are o structură blocuri. Zona de studiu are o climă musonică umedă subtropicală, cu caracteristici sezoniere de primăvară timpurie, vară fierbinte, toamnă scurtă și iarnă târzie. Precipitațiile sunt abundente, resursele de lumină și căldură sunt abundente, perioada fără îngheț este lungă (285 de zile în medie), clima este blândă, temperatura medie anuală este de 17,4°C, temperatura medie a celei mai calde luni (august) este de 27,2°C, iar temperatura maximă extremă este de 39,3°C. Luna cea mai rece este ianuarie (temperatura medie este de 6,5°C), temperatura maximă extremă... Temperatura minimă este de -3,8°C, iar precipitațiile medii anuale sunt de 920 mm, concentrate în principal în iulie și august. Precipitațiile din primăvară, vară, toamnă și iarnă variază foarte mult. Proporția precipitațiilor în fiecare anotimp al anului este de 19-21%, 51-54%, 22-24% și respectiv 4-5%.
Situl de cercetare se află pe o pantă de aproximativ 45° pe panta căii ferate Yu-Sui, construită în 2003. În aprilie 2012, acesta era orientat spre sud, la mai puțin de 1 km de gara Suining. Panta naturală a fost utilizată ca martor. Restaurarea ecologică a pantei adoptă tehnologia de pulverizare a solului cu materiale străine pentru restaurarea ecologică. În funcție de înălțimea pantei laterale a căii ferate, panta poate fi împărțită în pantă ascendentă, pantă medie și pantă descendentă (Fig. 2). Deoarece grosimea solului artificial de pe panta tăiată este de aproximativ 10 cm, pentru a evita poluarea cu produsele de coroziune ale plasei metalice a solului, folosim doar o lopată din oțel inoxidabil pentru a preleva suprafața solului de la 0 la 8 cm. Au fost stabilite patru repetiții pentru fiecare poziție a pantei, cu 15-20 de puncte de prelevare aleatorii per repetiție. Fiecare repetiție este un amestec de 15-20 de puncte de prelevare determinate aleatoriu din linii în formă de S. Greutatea sa proaspătă este de aproximativ 500 de grame. Probele se aduc înapoi la laborator în pungi de polietilenă cu fermoar pentru procesare. Solul este uscat natural la aer, iar pietrișul și reziduurile animale și vegetale sunt extrase, zdrobite cu un băț de agat și cernute cu o sită de nailon cu ochiuri de 20 și 100, cu excepția particulelor grosiere.
Rezistența solului a fost măsurată cu ajutorul testerului de rezistență la împământare VICTOR4106 produs de Shengli Instrument Company; rezistența solului a fost măsurată pe teren; Umiditatea solului a fost măsurată prin metoda de uscare. Instrumentul digital portabil DMP-2 mv/pH dispune de o impedanță de intrare ridicată pentru măsurarea potențialului de coroziune a solului. Gradientul de potențial și potențialul redox au fost determinate de instrumentul digital portabil DMP-2 mv/pH, sarea totală solubilă din sol a fost determinată prin metoda de uscare a reziduurilor, conținutul de ioni de clorură din sol a fost determinat prin metoda de titrare AgNO3 (metoda Mohr), conținutul de sulfat din sol a fost determinat prin metoda de titrare EDTA indirectă, metoda de titrare cu indicator dublu pentru determinarea carbonatului și bicarbonatului din sol, metoda de încălzire prin oxidare cu dicromat de potasiu pentru determinarea materiei organice din sol, metoda de difuzie în soluție alcalină pentru determinarea azotului din hidroliza alcalină din sol, metoda colorimetrică Mo-Sb prin digestie H2SO4-HClO4. Fosforul total din sol și conținutul de fosfor disponibil din sol au fost determinate prin metoda Olsen (soluție de NaHCO3 0,05 mol/L ca agent de extracție), iar conținutul total de potasiu din sol a fost determinat prin fotometrie cu flacără prin fuziune cu hidroxid de sodiu.
Datele experimentale au fost inițial sistematizate. Pentru a efectua analiza mediei, a deviației standard, ANOVA cu o singură direcție și analiza corelației umane s-a utilizat SPSS Statistics 20.
Tabelul 1 prezintă proprietățile electromecanice, anionii și nutrienții solurilor cu diferite pante. Potențialul de coroziune, rezistivitatea solului și gradientul de potențial est-vest al diferitelor pante au fost toate semnificative (P < 0,05). Potențialele redox ale pantei ascendente, medii și naturale au fost semnificative (P < 0,05). Gradientul de potențial perpendicular pe șină, adică gradientul de potențial nord-sud, este pantă ascendentă > pantă descendentă > pantă medie. Valoarea pH-ului solului a fost de ordinul pantă descendentă > pantă ascendentă > pantă medie > pantă naturală. Sarea totală solubilă, panta naturală a fost semnificativ mai mare decât panta căii ferate (P < 0,05). Conținutul total de sare solubilă al solului de pe panta căii ferate de gradul trei este peste 500 mg/kg, iar sarea totală solubilă are un efect moderat asupra coroziunii metalelor. Conținutul de materie organică din sol a fost cel mai mare pe panta naturală și cel mai mic pe panta descendentă (P < 0,05). Conținutul total de azot a fost cel mai mare pe panta medie și cel mai mic pe panta ascendentă; Conținutul de azot disponibil a fost cel mai mare în panta descendentă și mijlocie, iar cel mai mic în panta naturală; conținutul total de azot în panta ascendentă și descendentă a căii ferate a fost mai mic, dar conținutul de azot disponibil a fost mai mare. Aceasta indică faptul că rata de mineralizare a azotului organic în panta ascendentă și descendentă este rapidă. Conținutul de potasiu disponibil este același cu cel de fosfor disponibil.
Rezistența solului este un indice care indică conductivitatea electrică și un parametru de bază pentru evaluarea coroziunii solului. Factorii care afectează rezistența solului includ conținutul de umiditate, conținutul total de săruri solubile, pH-ul, textura solului, temperatura, conținutul de materie organică, temperatura solului și etanșeitatea. În general, solurile cu rezistivitate scăzută sunt mai corozive și invers. Utilizarea rezistivității pentru a evalua corozivitatea solului este o metodă utilizată în mod obișnuit în diferite țări. Tabelul 1 prezintă criteriile de evaluare a gradului de corozivitate pentru fiecare indice în parte37,38.
Conform rezultatelor testelor și standardelor din țara mea (Tabelul 1), dacă corozivitatea solului este evaluată doar prin rezistivitatea solului, solul de pe panta ascendentă este foarte coroziv; solul de pe panta descendentă este moderat coroziv; corozivitatea solului de pe panta medie și de pe panta naturală este relativ scăzută.
Rezistența solului pe panta ascendentă este semnificativ mai mică decât cea a altor părți ale pantei, ceea ce poate fi cauzat de eroziunea cauzată de ploaie. Solul vegetal de pe panta ascendentă curge spre mijlocul pantei odată cu apa, astfel încât plasa metalică de protecție a pantei ascendente este aproape de solul vegetal. Unele dintre plasele metalice au fost expuse și chiar suspendate în aer (Figura 1). Rezistența solului a fost măsurată la fața locului; distanța dintre piloți a fost de 3 m; adâncimea de batere a piloților a fost sub 15 cm. Plasa metalică neacoperită și rugina exfoliată pot interfera cu rezultatele măsurătorilor. Prin urmare, nu este fiabil să se evalueze corozivitatea solului doar prin indicele de rezistență a solului. În evaluarea completă a coroziunii, rezistența solului pe panta ascendentă nu este luată în considerare.
Din cauza umidității relative ridicate, aerul umed peren din zona Sichuan face ca plasa metalică expusă la aer să se corodeze mai grav decât plasa metalică îngropată în sol39. Expunerea plasei de sârmă la aer poate duce la o durată de viață redusă, ceea ce poate destabiliza solurile din pantă. Pierderea de sol poate îngreuna creșterea plantelor, în special a plantelor lemnoase. Din cauza lipsei plantelor lemnoase, este dificil să se formeze un sistem radicular în pantă pentru a solidifica solul. În același timp, creșterea plantelor poate îmbunătăți calitatea solului și poate crește conținutul de humus din sol, care nu numai că poate reține apa, dar poate oferi și un mediu bun pentru creșterea și reproducerea animalelor și plantelor, reducând astfel pierderea de sol. Prin urmare, în stadiul incipient al construcției, ar trebui semănate mai multe semințe lemnoase pe panta ascendentă, iar agentul de reținere a apei ar trebui adăugat continuu și acoperit cu o folie de protecție, astfel încât să se reducă eroziunea solului din pantă de către apa de ploaie.
Potențialul de coroziune este un factor important care afectează coroziunea plasei de protecție a pantei pe panta cu trei niveluri și are cel mai mare impact asupra pantei ascendente (Tabelul 2). În condiții normale, potențialul de coroziune nu se modifică prea mult într-un anumit mediu. O modificare vizibilă poate fi cauzată de curenții vagabonzi. Curenții vagabonzi se referă la curenții 40, 41, 42 care se infiltrează în patul drumului și în mediul solului atunci când vehiculele utilizează sistemul de transport public. Odată cu dezvoltarea sistemului de transport, sistemul de transport feroviar din țara mea a realizat o electrificare la scară largă, iar coroziunea metalelor îngropate cauzată de scurgerile de curent continuu de la căile ferate electrificate nu poate fi ignorată. În prezent, gradientul de potențial al solului poate fi utilizat pentru a determina dacă solul conține perturbații de curenți vagabonzi. Când gradientul de potențial al solului de suprafață este mai mic de 0,5 mv/m, curentul vagabonzi este scăzut; când gradientul de potențial este în intervalul 0,5 mv/m până la 5,0 mv/m, curentul vagabonzi este moderat; Când gradientul de potențial este mai mare de 5,0 mv/m, nivelul curenților vagabonzi este ridicat. Intervalul de fluctuație al gradientului de potențial (EW) la mijlocul pantei, în sus și în jos este prezentat în Figura 3. În ceea ce privește intervalul de fluctuație, există curenți vagabonzi moderați în direcțiile est-vest și nord-sud ale pantei medii. Prin urmare, curenții vagabonzi sunt un factor important care afectează coroziunea plaselor metalice la mijlocul pantei și în jos, în special la mijlocul pantei.
În general, un potențial redox al solului (Eh) peste 400 mV indică capacitatea de oxidare, peste 0-200 mV indică o capacitate de reducere medie, iar sub 0 mV indică o capacitate de reducere mare. Cu cât potențialul redox al solului este mai mic, cu atât este mai mare capacitatea de coroziune a microorganismelor din sol față de metale44. Este posibil să se prezică tendința coroziunii microbiene a solului pe baza potențialului redox. Studiul a constatat că potențialul redox al solului pe cele trei pante a fost mai mare de 500 mV, iar nivelul de coroziune a fost foarte mic. Aceasta arată că ventilația terenurilor în pantă este bună, ceea ce nu este propice coroziunii microorganismelor anaerobe din sol.
Studiile anterioare au constatat că impactul pH-ului solului asupra eroziunii solului este evident. Odată cu fluctuația valorii pH-ului, rata de coroziune a materialelor metalice este afectată semnificativ. PH-ul solului este strâns legat de zonă și de microorganismele din sol45,46,47. În general, efectul pH-ului solului asupra coroziunii materialelor metalice în solul ușor alcalin nu este evident. Solurile de pe cele trei versanți ai căii ferate sunt toate alcaline, astfel încât efectul pH-ului asupra coroziunii plasei metalice este slab.
După cum se poate observa din Tabelul 3, analiza corelației arată că potențialul redox și poziția pantei sunt corelate pozitiv semnificativ (R2 = 0,858), potențialul de coroziune și gradientul de potențial (SN) sunt corelate pozitiv semnificativ (R2 = 0,755), iar potențialul redox și gradientul de potențial (SN) sunt corelate pozitiv semnificativ (R2 = 0,755). A existat o corelație negativă semnificativă între potențial și pH (R2 = -0,724). Poziția pantei a fost corelată pozitiv semnificativ cu potențialul redox. Acest lucru arată că există diferențe în micromediul diferitelor poziții ale pantei, iar microorganismele din sol sunt strâns legate de potențialul redox48, 49, 50. Potențialul redox a fost corelat negativ semnificativ cu pH-ul51,52. Această relație a indicat că valorile pH-ului și Eh nu s-au modificat întotdeauna sincron în timpul procesului redox al solului, ci au avut o relație liniară negativă. Potențialul de coroziune al metalului poate reprezenta capacitatea relativă de a câștiga și pierde electroni. Deși potențialul de coroziune a fost corelat pozitiv semnificativ cu gradientul de potențial (SN), gradientul de potențial poate fi cauzat de pierderea ușoară de electroni de către metal.
Conținutul total de săruri solubile din sol este strâns legat de corozivitatea solului. În general, cu cât salinitatea solului este mai mare, cu atât rezistivitatea solului este mai mică, crescând astfel rezistența solului. În electroliții din sol, nu numai anionii și intervalele variabile, ci și influențele coroziunii sunt în principal carbonați, cloruri și sulfați. În plus, conținutul total de săruri solubile din sol afectează indirect coroziunea prin influența altor factori, cum ar fi efectul potențialului electrodului în metale și solubilitatea oxigenului din sol53.
Majoritatea ionilor disociați în sare solubili din sol nu participă direct la reacțiile electrochimice, ci afectează coroziunea metalelor prin rezistivitatea solului. Cu cât salinitatea solului este mai mare, cu atât conductivitatea solului este mai puternică și eroziunea solului este mai puternică. Conținutul de salinitate al solului pantelor naturale este semnificativ mai mare decât cel al pantelor de cale ferată, ceea ce se poate datora faptului că pantele naturale sunt bogate în vegetație, ceea ce este propice conservării solului și a apei. Un alt motiv poate fi faptul că panta naturală a experimentat formarea de sol matur (material parental al solului format prin erodarea rocilor), dar solul pantei de cale ferată este compus din fragmente de piatră zdrobită ca matrice a „solului artificial” și nu a suferit un proces suficient de formare a solului. Mineralele nu au fost eliberate. În plus, ionii de sare din solul adânc al pantelor naturale s-au ridicat prin acțiune capilară în timpul evaporării de suprafață și s-au acumulat în solul de suprafață, rezultând o creștere a conținutului de ioni de sare din solul de suprafață. Grosimea solului pantei de cale ferată este mai mică de 20 cm, ceea ce duce la incapacitatea solului vegetal de a suplimenta sarea din solul adânc.
Ionii pozitivi (cum ar fi K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ etc.) au un efect redus asupra coroziunii solului, în timp ce anionii joacă un rol semnificativ în procesul electrochimic de coroziune și au un impact semnificativ asupra coroziunii metalelor. Cl− poate accelera coroziunea anodului și este cel mai coroziv anion; cu cât conținutul de Cl− este mai mare, cu atât coroziunea solului este mai puternică. SO42− nu numai că promovează coroziunea oțelului, dar provoacă și coroziune în unele materiale din beton54. De asemenea, corodează fierul. Într-o serie de experimente pe sol acid, s-a constatat că rata de coroziune este proporțională cu aciditatea solului55. Clorura și sulfatul sunt principalele componente ale sărurilor solubile, care pot accelera direct cavitația metalelor. Studiile au arătat că pierderea în greutate la coroziune a oțelului carbon în solurile alcaline este aproape proporțională cu adăugarea de ioni de clorură și sulfat56,57. Lee și colab. au descoperit că SO42- poate împiedica coroziunea, dar promovează dezvoltarea gropilor de coroziune care s-au format deja58.
Conform standardului de evaluare a corozivității solului și rezultatelor testelor, conținutul de ioni de clorură din fiecare probă de sol de pe pantă a fost peste 100 mg/kg, indicând o corozivitate puternică a solului. Conținutul de ioni de sulfat atât pe panta ascendentă, cât și pe cea descendentă a fost peste 200 mg/kg și sub 500 mg/kg, iar solul a fost moderat corodat. Conținutul de ioni de sulfat pe panta mijlocie este mai mic de 200 mg/kg, iar coroziunea solului este slabă. Atunci când mediul de sol conține o concentrație mare, acesta va participa la reacție și va produce crustă de coroziune pe suprafața electrodului metalic, încetinind astfel reacția de coroziune. Pe măsură ce concentrația crește, crusta se poate rupe brusc, accelerând astfel considerabil rata de coroziune; pe măsură ce concentrația continuă să crească, crusta de coroziune acoperă suprafața electrodului metalic, iar rata de coroziune prezintă din nou o tendință de încetinire59. Studiul a constatat că cantitatea din sol a fost mai mică și, prin urmare, a avut un efect redus asupra coroziunii.
Conform tabelului 4, corelația dintre pantă și anionii din sol a arătat că a existat o corelație pozitivă semnificativă între pantă și ionii de clorură (R2=0,836) și o corelație pozitivă semnificativă între pantă și sărurile solubile totale (R2=0,742).
Acest lucru sugerează că scurgerile de suprafață și eroziunea solului ar putea fi responsabile pentru modificările nivelului total de săruri solubile din sol. A existat o corelație pozitivă semnificativă între sărurile solubile totale și ionii de clorură, ceea ce se poate datora faptului că sărurile solubile totale reprezintă rezerva de ioni de clorură, iar conținutul total de săruri solubile determină conținutul de ioni de clorură din soluțiile de sol. Prin urmare, putem ști că diferența de pantă poate provoca coroziune severă a părții plasei metalice.
Materia organică, azotul total, azotul disponibil, fosforul disponibil și potasiul disponibil sunt nutrienții de bază ai solului, care afectează calitatea solului și absorbția nutrienților de către sistemul radicular. Nutrienții solului sunt un factor important care afectează microorganismele din sol, așa că merită să studiem dacă există o corelație între nutrienții solului și coroziunea metalelor. Calea ferată Suiyu a fost finalizată în 2003, ceea ce înseamnă că solul artificial a cunoscut doar 9 ani de acumulare de materie organică. Datorită particularităților solului artificial, este necesar să avem o bună înțelegere a nutrienților din solul artificial.
Cercetările arată că, după întregul proces de formare a solului, conținutul de materie organică este cel mai ridicat în solul cu pantă naturală. Conținutul de materie organică din solul cu pantă joasă a fost cel mai scăzut. Datorită influenței intemperiilor și a scurgerilor de suprafață, nutrienții din sol se acumulează pe panta medie și descendentă, formând un strat gros de humus. Cu toate acestea, din cauza particulelor mici și a stabilității slabe a solului cu pantă joasă, materia organică este ușor descompusă de microorganisme. Studiul a constatat că acoperirea și diversitatea vegetației pe panta medie și descendentă au fost ridicate, dar omogenitatea a fost scăzută, ceea ce poate duce la o distribuție inegală a nutrienților de suprafață. Un strat gros de humus reține apa, iar organismele din sol sunt active. Toate acestea accelerează descompunerea materiei organice din sol.
Conținutul de azot hidrolizat alcalin al pantei ascendente, medii și descendente a căilor ferate a fost mai mare decât cel al pantei naturale, indicând faptul că rata de mineralizare a azotului organic a pantei căii ferate a fost semnificativ mai mare decât cea a pantei naturale. Cu cât particulele sunt mai mici, cu atât structura solului este mai instabilă, cu atât microorganismelor le este mai ușor să descompună materia organică din agregate și cu atât rezerva de azot organic mineralizat este mai mare60,61. În concordanță cu rezultatele studiului 62, conținutul de agregate cu particule mici din solul pantelor căii ferate a fost semnificativ mai mare decât cel al pantelor naturale. Prin urmare, trebuie luate măsuri adecvate pentru a crește conținutul de îngrășăminte, materie organică și azot din solul pantei căii ferate și pentru a îmbunătăți utilizarea durabilă a solului. Risipa de fosfor disponibil și potasiu disponibil cauzată de scurgerile de suprafață a reprezentat 77,27% până la 99,79% din pierderea totală a pantei căii ferate. Scurgerile de suprafață pot fi principalul factor determinant al pierderii de nutrienți disponibili în solurile de pantă63,64,65.
După cum se arată în Tabelul 4, a existat o corelație pozitivă semnificativă între poziția pantei și fosforul disponibil (R2=0,948), iar corelația dintre poziția pantei și potasiul disponibil a fost aceeași (R2=0,898). Aceasta arată că poziția pantei afectează conținutul de fosfor disponibil și potasiu disponibil din sol.
Gradientul este un factor important care afectează conținutul de materie organică din sol și îmbogățirea cu azot66, iar cu cât gradientul este mai mic, cu atât rata de îmbogățire este mai mare. În cazul îmbogățirii cu nutrienți ai solului, pierderea de nutrienți a fost diminuată, iar efectul poziției pantei asupra conținutului de materie organică din sol și a îmbogățirii totale cu azot nu a fost evident. Diferite tipuri și număr de plante pe pante diferite au acizi organici secretați de rădăcinile plantelor de diferite dimensiuni. Acizii organici sunt benefici pentru fixarea fosforului disponibil și a potasiului disponibil în sol. Prin urmare, a existat o corelație semnificativă între poziția pantei și fosforul disponibil, precum și între poziția pantei și potasiul disponibil.
Pentru a clarifica relația dintre nutrienții solului și coroziunea solului, este necesară analiza corelației. După cum se arată în Tabelul 5, potențialul redox a fost corelat semnificativ negativ cu azotul disponibil (R2 = -0,845) și corelat semnificativ pozitiv cu fosforul disponibil (R2 = 0,842) și potasiul disponibil (R2 = 0,980). Potențialul redox reflectă calitatea redox-ului, care este de obicei afectată de anumite proprietăți fizice și chimice ale solului și apoi afectează o serie de proprietăți ale solului. Prin urmare, este un factor important în determinarea direcției de transformare a nutrienților solului67. Diferite calități redox pot duce la stări și disponibilități diferite ale factorilor nutriționali. Prin urmare, potențialul redox are o corelație semnificativă cu azotul disponibil, fosforul disponibil și potasiul disponibil.
Pe lângă proprietățile metalelor, potențialul de coroziune este, de asemenea, legat de proprietățile solului. Potențialul de coroziune a fost corelat negativ semnificativ cu materia organică, indicând faptul că materia organică a avut un efect semnificativ asupra potențialului de coroziune. În plus, materia organică a fost, de asemenea, corelată negativ semnificativ cu gradientul de potențial (SN) (R2=-0,713) și ionul sulfat (R2=-0,671), indicând faptul că conținutul de materie organică afectează, de asemenea, gradientul de potențial (SN) și ionul sulfat. A existat o corelație negativă semnificativă între pH-ul solului și potasiul disponibil (R2 = -0,728).
Azotul disponibil a fost corelat negativ semnificativ cu sărurile solubile totale și ionii de clorură, iar fosforul disponibil și potasiul disponibil au fost corelate pozitiv semnificativ cu sărurile solubile totale și ionii de clorură. Acest lucru a indicat faptul că, în sol, conținutul de nutrienți disponibili a afectat semnificativ cantitatea de săruri solubile totale și ioni de clorură, iar anionii din sol nu au favorizat acumularea și furnizarea nutrienților disponibili. Azotul total a fost corelat negativ semnificativ cu ionul sulfat și pozitiv semnificativ cu bicarbonatul, indicând faptul că azotul total a avut un efect asupra conținutului de sulfat și bicarbonat. Plantele au o cerere mică de ioni de sulfat și bicarbonat, astfel încât majoritatea acestora sunt liberi în sol sau sunt absorbiți de coloizii solului. Ionii de bicarbonat favorizează acumularea de azot în sol, iar ionii de sulfat reduc disponibilitatea azotului în sol. Prin urmare, creșterea corespunzătoare a conținutului de azot și humus disponibil în sol este benefică pentru reducerea corozivității solului.
Solul este un sistem cu compoziție și proprietăți complexe. Corozivitatea solului este rezultatul acțiunii sinergice a mai multor factori. Prin urmare, în general se utilizează o metodă de evaluare cuprinzătoare. Cu referire la „Codul pentru Investigații Geotehnice” (GB50021-94) și la metodele de testare ale Rețelei Chineze de Testare a Coroziunii Solului, gradul de coroziune a solului poate fi evaluat în mod cuprinzător conform următoarelor standarde: (1) Evaluarea este coroziune slabă, dacă există doar coroziune slabă, nu există coroziune moderată sau coroziune puternică; (2) dacă nu există coroziune puternică, se evaluează ca coroziune moderată; (3) dacă există unul sau două locuri de coroziune puternică, se evaluează ca coroziune puternică; (4) dacă există 3 sau mai multe locuri de coroziune puternică, se evaluează ca coroziune puternică pentru coroziune severă.
Conform rezistivității solului, potențialului redox, conținutului de apă, conținutului de sare, valorii pH-ului și conținutului de Cl- și SO42-, gradele de coroziune ale probelor de sol de pe diferite pante au fost evaluate în mod cuprinzător. Rezultatele cercetării arată că solurile de pe toate pante sunt extrem de corozive.
Potențialul de coroziune este un factor important care afectează coroziunea plasei de protecție a pantei. Potențialele de coroziune ale celor trei pante sunt toate mai mici de -200 mV, ceea ce are cel mai mare impact asupra coroziunii plasei metalice în pantă ascendentă. Gradientul de potențial poate fi utilizat pentru a evalua magnitudinea curenților vagabonzi din sol. Curenții vagabonzi sunt un factor important care afectează coroziunea plasei metalice pe pantele medii și în pantele ascendente, în special pe pantele medii. Conținutul total de sare solubilă în solurile de pe pantele superioare, medii și inferioare a fost peste 500 mg/kg, iar efectul de coroziune asupra plasei de protecție a pantei a fost moderat. Conținutul de apă din sol este un factor important care afectează coroziunea plaselor metalice pe panta medie și descendentă și are un impact mai mare asupra coroziunii plaselor de protecție a pantei. Nutrienții sunt cei mai abundenți în solul de pe panta medie, indicând faptul că există activități microbiene frecvente și o creștere rapidă a plantelor.
Cercetarea arată că potențialul de coroziune, gradientul de potențial, conținutul total de săruri solubile și conținutul de apă sunt principalii factori care afectează coroziunea solului pe cele trei pante, iar corozivitatea solului este evaluată ca fiind puternică. Coroziunea rețelei de protecție a pantei este cea mai gravă la mijlocul pantei, ceea ce oferă o referință pentru proiectarea anticorozivă a rețelei de protecție a pantei căii ferate. Adăugarea adecvată de azot disponibil și îngrășăminte organice este benefică pentru reducerea coroziunii solului, facilitarea creșterii plantelor și, în final, stabilizarea pantei.
Cum se citează acest articol: Chen, J. și colab. Efectele compoziției solului și ale electrochimiei asupra coroziunii rețelei de pante rocoase de-a lungul unei linii de cale ferată chineze. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL și Yang, GL Caracteristicile dinamice ale pantelor subterane ale căilor ferate sub excitație cutremurală. Dezastre naturale. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. și colab. Analiza pagubelor tipice produse de cutremure la autostrăzi în zona afectată de cutremurul Wenchuan din provincia Sichuan [J]. Revista Chineză de Mecanică și Inginerie a Rocilor. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. și Jinsong, J. Analiza daunelor seismice și contramăsuri la podurile autostradale în cutremurul din Wenchuan. Revista Chineză de Mecanică și Inginerie a Rocilor. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY și Liu, CC. Efectul cutremurului de la Chichi asupra alunecărilor de teren induse de precipitațiile ulterioare din centrul Taiwanului. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. și colab. Efectele pe termen lung ale alunecărilor de teren induse de cutremure asupra producției de sedimente într-un bazin hidrografic montan: regiunea Tanzawa, Japonia. Geomorphology. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. și Dedong, L. O trecere în revistă a cercetărilor privind analiza stabilității seismice a versanților geotehnici. Inginerie seismică și vibrații inginerești. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Cercetări privind pericolele geologice cauzate de cutremurul din Wenchuan, Sichuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Protecția versanților cu vegetație: mecanica rădăcinilor unor plante tropicale. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI și Kitayama, K. Efecte topografice asupra pădurilor tropicale montane joase în diferite condiții geologice din Muntele Kinabalu, Borneo. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. și colab. Caracteristicile ideale ale rădăcinilor plantelor pentru protejarea pantelor naturale și proiectate împotriva alunecărilor de teren. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. și Knapen, A. Efectele rădăcinilor ierbii asupra erodabilității solului vegetal în timpul fluxului concentrat. Geomorphology 76, 54–67 (2006).