Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali izklopite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Ob upoštevanju železniškega pobočja Sui-Chongqing kot raziskovalnega predmeta so bili uporabljeni upornost tal, elektrokemija tal (korozijski potencial, redoks potencial, potencialni gradient in pH), anioni v tleh (skupne topne soli, Cl-, SO42- in) in hranilne vrednosti tal (vsebnost vlage, organske snovi, skupni dušik, alkalno hidroliziran dušik, razpoložljivi fosfor, razpoložljivi kalij). Stopnja korozije se je pod različnimi nakloni ocenila glede na posamezne kazalnike in celovite kazalnike umetnih tal. V primerjavi z drugimi dejavniki ima voda največji vpliv na korozijo zaščitne mreže pobočij, sledi pa vsebnost anionov. Skupne topne soli imajo zmeren vpliv na korozijo zaščitne mreže pobočij, tavajoči tok pa ima zmeren vpliv na korozijo zaščitne mreže pobočij. Stopnja korozije vzorcev tal je bila celovito ocenjena, korozija na zgornjem pobočju pa je bila zmerna, korozija na srednjem in spodnjem pobočju pa močna. Organska snov v tleh je bila pomembno povezana z naklonom potenciala. Razpoložljivi dušik, razpoložljivi kalij in razpoložljivi fosfor so bili pomembno povezani z anioni. Porazdelitev hranil v tleh je posredno povezana s tipom pobočja.
Pri gradnji železnic, avtocest in objektov za varčevanje z vodo se odprtinam v gorah pogosto ni mogoče izogniti. Zaradi gorovja na jugozahodu Kitajska pri gradnji železnic zahteva veliko izkopavanja v gorah. To uniči prvotno zemljo in vegetacijo, kar ustvari izpostavljena skalnata pobočja. Zaradi tega se pojavljajo zemeljski plazovi in ​​erozija tal, kar ogroža varnost železniškega prometa. Zemeljski plazovi so škodljivi za cestni promet, zlasti po potresu v Wenchuanu 12. maja 2008. Zemeljski plazovi so postali zelo razširjena in resna potresna nesreča. V oceni 4243 kilometrov ključnih magistralnih cest v provinci Sečuan leta 2008 je bilo 1736 hudih potresnih nesreč v cestnih tleh in podpornih zidovih pobočij, kar predstavlja 39,76 % celotne dolžine ocene. Neposredne gospodarske izgube zaradi poškodb cest so presegle 58 milijard juanov 2,3. Svetovni primeri kažejo, da lahko popotresne geološke nevarnosti trajajo vsaj 10 let (potres na Tajvanu) in celo 40–50 let (potres v Kantu na Japonskem) 4,5. Naklon je glavni dejavnik, ki vpliva na potresno nevarnost 6,7. Zato je treba vzdrževati naklon ceste in krepiti njegovo stabilnost. Rastline imajo nenadomestljivo vlogo pri zaščiti pobočij in ekološki obnovi krajine 8. V primerjavi z običajnimi tlemi na skalnatih pobočjih ni kopičenja hranilnih dejavnikov, kot so organske snovi, dušik, fosfor in kalij, in nimajo talnega okolja, potrebnega za rast vegetacije. Zaradi dejavnikov, kot sta velik naklon in erozija zaradi dežja, se tla na pobočjih zlahka izgubijo. Okolje pobočij je surovo, nima potrebnih pogojev za rast rastlin, tla na pobočju pa nimajo podporne stabilnosti9. Škropljenje pobočja z osnovnim materialom za prekrivanje tal in zaščito pobočja je v moji državi pogosto uporabljena tehnologija ekološke obnove pobočij. Umetna tla, ki se uporabljajo za škropljenje, so sestavljena iz drobljenega kamna, kmetijske zemlje, slame, mešanega gnojila, sredstva za zadrževanje vode in lepila (med pogosto uporabljenimi lepili so portlandski cement, organsko lepilo in asfaltni emulgator) v določenem razmerju. Tehnični postopek je: najprej se na skalo položi bodeča žica, nato se bodeča žica pritrdi z zakovicami in sidrnimi vijaki, na koncu pa se umetna tla, ki vsebujejo semena, poškropijo po pobočju s posebnim razpršilcem. Najpogosteje se uporablja kovinska mreža v obliki diamanta 14#, ki je v celoti pocinkana, s standardno velikostjo mreže 5 cm × 5 cm in premerom 2 mm. Kovinska mreža omogoča, da matrica tal tvori trpežno monolitno ploščo na površini skale. Kovinska mreža bo v tleh korodirala, ker so tla sama elektrolit, stopnja korozije pa je odvisna od značilnosti tal. Ocena faktorjev korozije tal je zelo pomembna za oceno erozije kovinske mreže, ki jo povzročajo tla, in za odpravo zemeljskih plazov. nevarnosti.
Verjame se, da imajo rastlinske korenine ključno vlogo pri stabilizaciji pobočij in nadzoru erozije10,11,12,13,14. Za stabilizacijo pobočij pred plitvimi zemeljskimi plazovi se lahko uporabi vegetacija, ker lahko rastlinske korenine utrdijo tla in preprečijo zemeljske plazove15,16,17. Lesna vegetacija, zlasti drevesa, pomaga preprečevati plitve zemeljske plazove18. Trdna zaščitna struktura, ki jo tvorijo navpični in stranski koreninski sistemi rastlin, ki delujejo kot ojačitveni piloti v tleh. Razvoj vzorcev koreninske arhitekture poganjajo geni, talno okolje pa igra odločilno vlogo pri teh procesih. Korozija kovin se razlikuje glede na talno okolje20. Stopnja korozije kovin v tleh se lahko giblje od dokaj hitrega raztapljanja do zanemarljivega vpliva21. Umetna tla se zelo razlikujejo od pravih "tal". Nastanek naravnih tal je rezultat interakcij med zunanjim okoljem in različnimi organizmi v desetletjih milijonov let22,23,24. Preden lesna vegetacija oblikuje stabilen koreninski sistem in ekosistem, je varno delovanje kovinske mreže v kombinaciji s skalnim pobočjem in umetnimi tlemi neposredno povezano z razvojem naravnega gospodarstva, varnostjo življenja in izboljšanje ekološkega okolja.
Vendar pa lahko korozija kovin povzroči ogromne izgube. Glede na raziskavo, ki je bila v začetku osemdesetih let prejšnjega stoletja izvedena na Kitajskem o kemičnih strojih in drugih industrijah, so izgube zaradi korozije kovin predstavljale 4 % celotne proizvodne vrednosti. Zato je zelo pomembno preučiti mehanizem korozije in sprejeti zaščitne ukrepe za gospodarno gradnjo. Tla so kompleksen sistem plinov, tekočin, trdnih snovi in ​​mikroorganizmov. Mikrobni metaboliti lahko korodirajo materiale, korozijo pa lahko povzročijo tudi tavajoči tokovi. Zato je pomembno preprečiti korozijo kovin, zakopanih v zemlji. Trenutno se raziskave korozije zakopanih kovin osredotočajo predvsem na (1) dejavnike, ki vplivajo na korozijo zakopanih kovin25; (2) metode zaščite kovin26,27; (3) metode presoje stopnje korozije kovin28; korozijo v različnih medijih. Vendar so bila vsa tla v študiji naravna in so bila podvržena zadostnim procesom nastajanja tal. Vendar ni poročil o umetni eroziji tal na železniških skalnih pobočjih.
V primerjavi z drugimi korozivnimi mediji imajo umetna tla značilnosti nelikvidnosti, heterogenosti, sezonskosti in regionalnosti. Korozijo kovin v umetnih tleh povzročajo elektrokemične interakcije med kovinami in umetnimi tlemi. Poleg prirojenih dejavnikov je hitrost korozije kovin odvisna tudi od okoliškega okolja. Na korozijo kovin posamezno ali v kombinaciji vpliva vrsta dejavnikov, kot so vsebnost vlage, vsebnost kisika, skupna vsebnost topnih soli, vsebnost anionov in kovinskih ionov, pH, talni mikrobi30,31,32.
V 30 letih prakse je bilo vprašanje, kako trajno ohraniti umetna tla na skalnatih pobočjih, problematično33. Grmičevje ali drevesa po 10 letih ročne nege ne morejo rasti na nekaterih pobočjih zaradi erozije tal. Umazanija na površini kovinske mreže je bila ponekod sprana. Zaradi korozije so nekatere kovinske mreže razpokale in izgubile vso zemljo nad in pod seboj (slika 1). Trenutno se raziskave korozije železniških pobočij osredotočajo predvsem na korozijo ozemljitvene mreže železniških postaj, korozijo zaradi zablodelih tokov, ki jih povzroča lahka železnica, in korozijo železniških mostov34,35, tirov in druge opreme vozil36. Ni poročil o koroziji kovinske mreže za zaščito železniških pobočij. Ta članek preučuje fizikalne, kemijske in elektrokemijske lastnosti umetnih tal na jugozahodnem skalnem pobočju železnice Suiyu, s ciljem napovedati korozijo kovin z oceno lastnosti tal in zagotoviti teoretično in praktično podlago za obnovo talnega ekosistema in umetno obnovo. Umetna pobočja.
Testno območje se nahaja v hribovitem območju Sečuana (30°32′N, 105°32′E) v bližini železniške postaje Suining. Območje se nahaja sredi Sečuanske kotline, z nizkimi gorami in hribi, s preprosto geološko zgradbo in ravnim terenom. Erozija, rezanje in kopičenje vode ustvarjajo erodirane hribovita območja. Temeljna kamnina je večinoma apnenec, nadložek pa je večinoma vijoličen pesek in laporovec. Celovitost kamnine je slaba, kamnina pa ima blokovsko strukturo. Preučevano območje ima subtropsko vlažno monsunsko podnebje s sezonskimi značilnostmi zgodnje pomladi, vročega poletja, kratke jeseni in pozne zime. Padavine so obilne, viri svetlobe in toplote so bogati, obdobje brez zmrzali je dolgo (povprečno 285 dni), podnebje je milo, povprečna letna temperatura je 17,4 °C, povprečna temperatura najbolj vročega meseca (avgusta) je 27,2 °C, skrajna najvišja temperatura pa 39,3 °C. Najhladnejši mesec je januar (povprečna temperatura je 6,5 °C), skrajna najnižja pa ... Temperatura je -3,8 °C, povprečna letna količina padavin pa je 920 mm, večinoma julija in avgusta. Količina padavin spomladi, poleti, jeseni in pozimi se zelo razlikuje. Delež padavin v posameznih letnih časih je 19–21 %, 51–54 %, 22–24 % oziroma 4–5 %.
Raziskovalno območje je pobočje z naklonom približno 45° na pobočju železnice Yu-Sui, zgrajene leta 2003. Aprila 2012 je bilo obrnjeno proti jugu, 1 km od železniške postaje Suining. Kot kontrolni primer je bilo uporabljeno naravno pobočje. Za ekološko obnovo pobočja je bila uporabljena tuja tehnologija škropljenja tal s površinskim oblaganjem. Glede na višino stranskega pobočja železnice lahko pobočje razdelimo na vzpon, sredino pobočja in spust (slika 2). Ker je debelina umetne zemlje na pobočju približno 10 cm, za preprečevanje onesnaženja s korozijskimi produkti kovinske mreže tal uporabljamo le lopato iz nerjavečega jekla, s katero odvzamemo površino tal od 0 do 8 cm. Za vsako lego pobočja so bile postavljene štiri ponovitve s 15–20 naključnimi vzorčnimi točkami na ponovitev. Vsaka ponovitev je mešanica 15–20 naključno določenih vzorčnih točk iz črte v obliki črke S. Njena sveža teža je približno 500 gramov. Vzorce odnesite v laboratorij v polietilenskih vrečkah z zadrgo za obdelavo. Zemlja se naravno posuši na zraku, gramoz ter živalski in rastlinski ostanki pa se poberejo, zdrobijo z agatno palico in presejejo z najlonskim sitom z 20 in 100 mesh, razen grobih delcev.
Upornost tal je bila izmerjena z merilnikom ozemljitvene upornosti VICTOR4106, ki ga je izdelal Shengli Instrument Company; upornost tal je bila izmerjena na terenu; vlažnost tal je bila izmerjena z metodo sušenja. Prenosni digitalni instrument za mv/pH DMP-2 ima visoko vhodno impedanco za merjenje korozijskega potenciala tal. Gradient potenciala in redoks potencial sta bila določena s prenosnim digitalnim instrumentom za mv/pH DMP-2, skupna topna sol v tleh je bila določena z metodo sušenja ostankov, vsebnost kloridnih ionov v tleh je bila določena z metodo titracije AgNO3 (Mohrova metoda), vsebnost sulfata v tleh je bila določena z metodo indirektne titracije EDTA, metodo dvojne indikatorske titracije za določanje karbonata in bikarbonata v tleh, metodo oksidacije in segrevanja s kalijevim dikromatom za določanje organskih snovi v tleh, metodo difuzije z alkalno raztopino za določanje dušika v alkalni hidrolizi tal, kolorimetrično metodo razgradnje H2SO4-HClO4 z Mo-Sb. Skupna vsebnost fosforja v tleh in razpoložljivega fosforja v tleh sta bili določeni z Olsenovo metodo (0,05 mol/L raztopine NaHCO3 kot ekstraktant), skupna vsebnost kalija v tleh pa z natrijevim hidroksidom in plamensko fotometrijo.
Eksperimentalni podatki so bili najprej sistematizirani. Za izvedbo analize povprečja, standardnega odklona, ​​enosmerne ANOVA in korelacijske analize s človeškimi podatki je bil uporabljen program SPSS Statistics 20.
Tabela 1 prikazuje elektromehanske lastnosti, anione in hranila tal z različnimi nakloni. Korozijski potencial, upornost tal in vzhodno-zahodni potencialni gradient različnih naklonov so bili vsi pomembni (P < 0,05). Redoks potenciali spusta, srednjega naklona in naravnega naklona so bili pomembni (P < 0,05). Potencialni gradient, pravokoten na tirnico, to je severno-južni potencialni gradient, je navzgor > navzdol > srednji naklon. Vrednost pH tal je bila v vrstnem redu spust > navzgor > srednji naklon > naravni naklon. Skupna topna sol v naravnem naklonu je bila bistveno višja kot v železniškem naklonu (P < 0,05). Skupna vsebnost topne soli v tleh železniškega naklona tretjega razreda je nad 500 mg/kg, skupna topna sol pa ima zmeren vpliv na korozijo kovin. Vsebnost organskih snovi v tleh je bila najvišja v naravnem naklonu in najnižja v spustu (P < 0,05). Skupna vsebnost dušika je bila najvišja v srednjem naklonu in najnižja v vzponu; Vsebnost razpoložljivega dušika je bila najvišja v spodnjem in srednjem delu pobočja, najnižja pa v naravnem pobočju; skupna vsebnost dušika v vzponu in spustu železniške proge je bila nižja, vendar je bila vsebnost razpoložljivega dušika višja. To kaže, da je stopnja mineralizacije organskega dušika v vzponu in spustu hitra. Vsebnost razpoložljivega kalija je enaka razpoložljivemu fosforju.
Upornost tal je indeks, ki kaže električno prevodnost in osnovni parameter za presojo korozije tal. Dejavniki, ki vplivajo na upornost tal, vključujejo vsebnost vlage, skupno vsebnost topnih soli, pH, teksturo tal, temperaturo, vsebnost organskih snovi, temperaturo tal in tesnost. Na splošno so tla z nizko upornostjo bolj korozivna in obratno. Uporaba upornosti za presojo korozivnosti tal je metoda, ki se pogosto uporablja v različnih državah. Tabela 1 prikazuje merila za ocenjevanje stopnje korozivnosti za vsak posamezen indeks37,38.
Glede na rezultate testov in standarde v moji državi (tabela 1), če se korozivnost tal ocenjuje le z upornostjo tal, so tla na vzponu zelo korozivna; tla na spustu so zmerno korozivna; korozivnost tal na srednjem pobočju in naravnem pobočju pa je relativno nizka do šibka.
Upornost tal na vzponu je bistveno nižja kot na drugih delih pobočja, kar je lahko posledica erozije zaradi dežja. Zgornja plast zemlje na vzponu se skupaj z vodo odteka na srednji del pobočja, tako da je kovinska zaščitna mreža za vzpon blizu zgornje plasti zemlje. Nekatere kovinske mreže so bile izpostavljene in celo lebdele v zraku (slika 1). Upornost tal je bila izmerjena na kraju samem; razmik med piloti je bil 3 m; globina zabijanja pilotov je bila manjša od 15 cm. Gola kovinska mreža in luščeča se rja lahko vplivata na rezultate meritev. Zato je nezanesljivo ocenjevati korozivnost tal samo z indeksom upornosti tal. Pri celovitem ocenjevanju korozije se upornost tal na vzponu ne upošteva.
Zaradi visoke relativne vlažnosti trajno vlažen zrak na območju Sečuana povzroči, da kovinska mreža, izpostavljena zraku, bolj korodira kot kovinska mreža, zakopana v zemljo39. Izpostavljenost žične mreže zraku lahko povzroči skrajšano življenjsko dobo, kar lahko destabilizira tla na vzponih. Izguba zemlje lahko oteži rast rastlin, zlasti lesnatih rastlin. Zaradi pomanjkanja lesnatih rastlin je težko oblikovati koreninski sistem na vzponih, da bi utrdil zemljo. Hkrati lahko rast rastlin izboljša tudi kakovost tal in poveča vsebnost humusa v tleh, kar ne le zadržuje vodo, temveč zagotavlja tudi dobro okolje za rast in razmnoževanje živali in rastlin, s čimer se zmanjša izguba zemlje. Zato je treba v zgodnji fazi gradnje na vzponih posejati več lesnatih semen, nenehno dodajati sredstvo za zadrževanje vode in prekriti s folijo za zaščito, da se zmanjša erozija tal na vzponih zaradi deževnice.
Korozijski potencial je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo zaščitne mreže na pobočju s tremi nivoji, največji vpliv pa ima na vzponu (tabela 2). V normalnih pogojih se korozijski potencial v danem okolju ne spremeni bistveno. Opazno spremembo lahko povzročijo potepuški tokovi. Potepuški tokovi se nanašajo na tokove 40, 41, 42, ki pronicajo v cestno dno in talni medij, ko vozila uporabljajo sistem javnega prevoza. Z razvojem prometnega sistema je železniški prometni sistem v moji državi dosegel obsežno elektrifikacijo in korozije zakopanih kovin, ki jo povzroča uhajanje enosmernega toka iz elektrificiranih železnic, ni mogoče prezreti. Trenutno se lahko gradient talnega potenciala uporabi za ugotavljanje, ali tla vsebujejo motnje zaradi potepuških tokov. Ko je gradient potenciala površinskih tal nižji od 0,5 mv/m, je potepuški tok nizek; ko je gradient potenciala v območju od 0,5 mv/m do 5,0 mv/m, je potepuški tok zmeren; Ko je potencialni gradient večji od 5,0 mv/m, je raven blodnega toka visoka. Plavajoče območje potencialnega gradienta (EW) srednjega pobočja, navzgor in navzdol je prikazano na sliki 3. Kar zadeva plavajoče območje, so v smeri vzhod-zahod in sever-jug srednjega pobočja prisotni zmerni blodni tokovi. Zato je blodnji tok pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo kovinskih mrež na srednjem in navzdolnjem pobočju, zlasti na srednjem pobočju.
Na splošno redoks potencial tal (Eh) nad 400 mV kaže na oksidacijsko sposobnost, nad 0–200 mV na srednjo redukcijsko sposobnost, pod 0 mV pa na veliko redukcijsko sposobnost. Nižji kot je redoks potencial tal, večja je korozijska sposobnost talnih mikroorganizmov za kovine44. Iz redoks potenciala je mogoče napovedati trend korozije talnih mikrobov. Študija je pokazala, da je bil redoks potencial tal na treh pobočjih večji od 500 mV, raven korozije pa zelo majhna. To kaže, da je prezračevanje tal na pobočjih dobro, kar ne spodbuja korozije anaerobnih mikroorganizmov v tleh.
Prejšnje študije so pokazale, da je vpliv pH tal na erozijo tal očiten. Nihanje vrednosti pH znatno vpliva na hitrost korozije kovinskih materialov. PH tal je tesno povezan s površino in mikroorganizmi v tleh45,46,47. Na splošno vpliv pH tal na korozijo kovinskih materialov v rahlo alkalnih tleh ni očiten. Tla na treh železniških pobočjih so vsa alkalna, zato je vpliv pH na korozijo kovinske mreže šibek.
Kot je razvidno iz tabele 3, korelacijska analiza kaže, da sta redoks potencial in položaj naklona pomembno pozitivno korelirana (R2 = 0,858), korozijski potencial in potencialni gradient (SN) sta pomembno pozitivno korelirana (R2 = 0,755), redoks potencial in potencialni gradient (SN) pa sta pomembno pozitivno korelirana (R2 = 0,755). Med potencialom in pH je bila ugotovljena pomembna negativna korelacija (R2 = -0,724). Položaj naklona je bil pomembno pozitivno koreliran z redoks potencialom. To kaže, da obstajajo razlike v mikrookolju različnih položajev naklona in da so mikroorganizmi v tleh tesno povezani z redoks potencialom48, 49, 50. Redoks potencial je bil pomembno negativno koreliran s pH51,52. Ta povezava je pokazala, da se vrednosti pH in Eh med redoks procesom tal niso vedno spreminjale sinhrono, temveč so imele negativno linearno povezavo. Korozijski potencial kovin lahko predstavlja relativno sposobnost pridobivanja in izgube elektronov. Čeprav je bil korozijski potencial pomembno pozitivno koreliran z gradientom potenciala (SN), je lahko gradient potenciala posledica lahke izgube elektronov kovine.
Skupna vsebnost topnih soli v tleh je tesno povezana s korozivnostjo tal. Na splošno velja, da višja kot je slanost tal, nižja je upornost tal, kar povečuje upornost tal. V talnih elektrolitih na korozijo ne vplivajo le anioni in različni razponi, temveč tudi karbonati, kloridi in sulfati. Poleg tega skupna vsebnost topnih soli v tleh posredno vpliva na korozijo prek vpliva drugih dejavnikov, kot sta vpliv elektrodnega potenciala v kovinah in topnost kisika v tleh53.
Večina topnih ionov, disociiranih s soljo, v tleh ne sodeluje neposredno v elektrokemijskih reakcijah, temveč vpliva na korozijo kovin prek upornosti tal. Višja kot je slanost tal, močnejša je prevodnost tal in močnejša je erozija tal. Vsebnost slanosti tal na naravnih pobočjih je bistveno višja kot na železniških pobočjih, kar je lahko posledica dejstva, da so naravna pobočja bogata z rastlinjem, kar prispeva k ohranjanju tal in vode. Drug razlog je lahko ta, da je na naravnem pobočju prišlo do zrele tvorbe tal (matična snov, ki je nastala zaradi preperevanja kamnin), vendar so tla železniškega pobočja sestavljena iz drobcev drobljenega kamna kot matrice "umetne zemlje" in niso bila podvržena zadostnemu procesu tvorbe tal. Minerali se niso sproščali. Poleg tega so se solni ioni v globoki zemlji naravnih pobočij dvignili zaradi kapilarnega delovanja med površinskim izhlapevanjem in se nabrali v površinski zemlji, kar je povzročilo povečanje vsebnosti solnih ionov v površinski zemlji. Debelina tal železniškega pobočja je manjša od 20 cm, zaradi česar zgornja plast zemlje ne more dopolniti soli iz globoke zemlje.
Pozitivni ioni (kot so K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ itd.) imajo majhen vpliv na korozijo tal, medtem ko anioni igrajo pomembno vlogo v elektrokemičnem procesu korozije in imajo pomemben vpliv na korozijo kovin. Cl− lahko pospeši korozijo anode in je najbolj koroziven anion; višja kot je vsebnost Cl−, močnejša je korozija tal. SO42− ne spodbuja le korozije jekla, ampak povzroča tudi korozijo v nekaterih betonskih materialih54. Prav tako korodira železo. V seriji poskusov s kislimi tlemi je bilo ugotovljeno, da je hitrost korozije sorazmerna s kislostjo tal55. Klorid in sulfat sta glavni sestavini topnih soli, ki lahko neposredno pospešita kavitacijo kovin. Študije so pokazale, da je izguba teže zaradi korozije ogljikovega jekla v alkalnih tleh skoraj sorazmerna z dodatkom kloridnih in sulfatnih ionov56,57. Lee in sod. so ugotovili, da SO42- lahko ovira korozijo, vendar spodbuja razvoj že nastalih korozijskih jamic58.
Glede na standard za oceno korozivnosti tal in rezultate testov je bila vsebnost kloridnih ionov v vsakem vzorcu tal na pobočju nad 100 mg/kg, kar kaže na močno korozivnost tal. Vsebnost sulfatnih ionov na vzponu in spustu je bila nad 200 mg/kg in pod 500 mg/kg, tla pa so bila zmerno korodirana. Vsebnost sulfatnih ionov na srednjem pobočju je nižja od 200 mg/kg, korozija tal pa je šibka. Ko talni medij vsebuje visoko koncentracijo, bo sodeloval v reakciji in na površini kovinske elektrode ustvaril korozijsko oblogo, s čimer se korozijska reakcija upočasni. Ko se koncentracija poveča, se lahko obloga nenadoma zlomi, kar močno pospeši hitrost korozije; ko se koncentracija še naprej povečuje, korozijska obloga prekrije površino kovinske elektrode in hitrost korozije se spet upočasnjuje. Študija je pokazala, da je bila količina v tleh nižja in je zato imela majhen vpliv na korozijo.
Glede na preglednico 4 je korelacija med naklonom in talnimi anioni pokazala pomembno pozitivno korelacijo med naklonom in kloridnimi ioni (R2 = 0,836) ter pomembno pozitivno korelacijo med naklonom in skupnimi topnimi solmi (R2 = 0,742).
To kaže, da sta za spremembe skupnih topnih soli v tleh lahko odgovorna površinski odtok in erozija tal. Ugotovljena je bila pomembna pozitivna korelacija med skupnimi topnimi solmi in kloridnimi ioni, kar je lahko posledica dejstva, da so skupne topne soli zbiralnik kloridnih ionov, vsebnost skupnih topnih soli pa določa vsebnost kloridnih ionov v talnih raztopinah. Zato lahko vemo, da lahko razlika v naklonu povzroči hudo korozijo kovinskega mrežastega dela.
Organska snov, skupni dušik, razpoložljivi dušik, razpoložljivi fosfor in razpoložljivi kalij so osnovna hranila v tleh, ki vplivajo na kakovost tal in absorpcijo hranil s strani koreninskega sistema. Hranila v tleh so pomemben dejavnik, ki vpliva na mikroorganizme v tleh, zato je vredno preučiti, ali obstaja povezava med hranili v tleh in korozijo kovin. Železnica Suiyu je bila dokončana leta 2003, kar pomeni, da so se organske snovi v umetnih tleh kopičile le 9 let. Zaradi posebnosti umetnih tal je potrebno dobro razumevanje hranil v umetnih tleh.
Raziskava kaže, da je vsebnost organske snovi najvišja v tleh naravnega pobočja po celotnem procesu nastanka tal. Vsebnost organske snovi v tleh na nizkih pobočjih je bila najnižja. Zaradi vpliva preperevanja in površinskega odtoka se hranila v tleh kopičijo na sredini in ob pobočju navzdol, kjer tvorijo debelo plast humusa. Vendar pa zaradi majhnih delcev in slabe stabilnosti tal na nizkih pobočjih mikroorganizmi zlahka razgradijo organsko snov. Raziskava je pokazala, da sta bila pokritost in raznolikost vegetacije na sredini in ob pobočju visoka, vendar je bila homogenost nizka, kar lahko vodi do neenakomerne porazdelitve površinskih hranil. Debela plast humusa zadržuje vodo in talni organizmi so aktivni. Vse to pospešuje razgradnjo organske snovi v tleh.
Vsebnost alkalno hidroliziranega dušika v železniških progah na vzponu, srednjem pobočju in spustu je bila višja kot v naravnem pobočju, kar kaže na to, da je bila stopnja mineralizacije organskega dušika v železniškem pobočju bistveno višja kot v naravnem pobočju. Manjši kot so delci, bolj nestabilna je struktura tal, lažje mikroorganizmi razgradijo organsko snov v agregatih in večji je bazen mineraliziranega organskega dušika60,61. V skladu z rezultati študije62 je bila vsebnost agregatov majhnih delcev v tleh železniških pobočij bistveno višja kot v naravnih pobočjih. Zato je treba sprejeti ustrezne ukrepe za povečanje vsebnosti gnojil, organskih snovi in ​​dušika v tleh železniškega pobočja ter za izboljšanje trajnostne izrabe tal. Izguba razpoložljivega fosforja in razpoložljivega kalija zaradi površinskega odtoka je predstavljala od 77,27 % do 99,79 % celotne izgube železniškega pobočja. Površinski odtok je lahko glavni vzrok za izgubo razpoložljivih hranil v tleh pobočij63,64,65.
Kot je prikazano v tabeli 4, je obstajala pomembna pozitivna korelacija med lego naklona in razpoložljivim fosforjem (R2 = 0,948), prav tako pa je bila korelacija med lego naklona in razpoložljivim kalijem enaka (R2 = 0,898). To kaže, da lega naklona vpliva na vsebnost razpoložljivega fosforja in razpoložljivega kalija v tleh.
Gradient je pomemben dejavnik, ki vpliva na vsebnost organskih snovi v tleh in obogatitev z dušikom66, in manjši kot je gradient, večja je stopnja obogatitve. Pri obogatitvi tal s hranili je bila izguba hranil oslabljena, vpliv lege naklona na vsebnost organskih snovi v tleh in skupno obogatitev z dušikom pa ni bil očiten. Različne vrste in število rastlin na različnih pobočjih imajo različne organske kisline, ki jih izločajo rastlinske korenine. Organske kisline so koristne za vezavo razpoložljivega fosforja in razpoložljivega kalija v tleh. Zato je obstajala pomembna korelacija med lego naklona in razpoložljivim fosforjem ter lego naklona in razpoložljivim kalijem.
Da bi razjasnili povezavo med hranili v tleh in korozijo tal, je treba analizirati korelacijo. Kot je prikazano v tabeli 5, je bil redoks potencial pomembno negativno koreliran z razpoložljivim dušikom (R2 = -0,845) in pomembno pozitivno koreliran z razpoložljivim fosforjem (R2 = 0,842) in razpoložljivim kalijem (R2 = 0,980). Redoks potencial odraža kakovost redoksa, na katero običajno vplivajo nekatere fizikalne in kemijske lastnosti tal, nato pa vpliva na vrsto lastnosti tal. Zato je pomemben dejavnik pri določanju smeri transformacije hranil v tleh67. Različne redoks lastnosti lahko povzročijo različna stanja in razpoložljivost hranilnih dejavnikov. Zato je redoks potencial pomembno povezan z razpoložljivim dušikom, razpoložljivim fosforjem in razpoložljivim kalijem.
Poleg lastnosti kovin je korozijski potencial povezan tudi z lastnostmi tal. Korozijski potencial je bil pomembno negativno povezan z organsko snovjo, kar kaže, da ima organska snov pomemben vpliv na korozijski potencial. Poleg tega je bila organska snov pomembno negativno povezana tudi s potencialnim gradientom (SN) (R2 = -0,713) in sulfatnim ionom (R2 = -0,671), kar kaže, da vsebnost organske snovi vpliva tudi na potencialni gradient (SN) in sulfatni ion. Obstajala je pomembna negativna korelacija med pH tal in razpoložljivim kalijem (R2 = -0,728).
Razpoložljivi dušik je bil pomembno negativno koreliran s skupnimi topnimi solmi in kloridnimi ioni, razpoložljivi fosfor in razpoložljivi kalij pa sta bila pomembno pozitivno korelirana s skupnimi topnimi solmi in kloridnimi ioni. To je kazalo na to, da je vsebnost razpoložljivih hranil pomembno vplivala na količino skupnih topnih soli in kloridnih ionov v tleh, anioni v tleh pa niso bili ugodni za kopičenje in oskrbo z razpoložljivimi hranili. Skupni dušik je bil pomembno negativno koreliran s sulfatnim ionom in pomembno pozitivno koreliran z bikarbonatom, kar kaže na to, da je skupni dušik vplival na vsebnost sulfata in bikarbonata. Rastline imajo malo potreb po sulfatnih in bikarbonatnih ionih, zato jih je večina v tleh prostih ali pa jih absorbirajo talni koloidi. Bikarbonatni ioni spodbujajo kopičenje dušika v tleh, sulfatni ioni pa zmanjšujejo razpoložljivost dušika v tleh. Zato je ustrezno povečanje vsebnosti razpoložljivega dušika in humusa v tleh koristno za zmanjšanje korozivnosti tal.
Tla so sistem s kompleksno sestavo in lastnostmi. Korozivnost tal je rezultat sinergijskega delovanja številnih dejavnikov. Zato se za oceno korozivnosti tal običajno uporablja celovita metoda ocenjevanja. S sklicevanjem na "Kodeks za geotehnične inženirske preiskave" (GB50021-94) in preskusne metode Kitajske mreže za testiranje korozije tal se lahko stopnja korozije tal celovito oceni v skladu z naslednjimi standardi: (1) Ocena je šibka korozija; če je prisotna le šibka korozija, ni zmerne korozije ali je prisotna močna korozija; (2) če ni močne korozije, se oceni kot zmerna korozija; (3) če je prisotno eno ali dve mesti močne korozije, se oceni kot močna korozija; (4) če so prisotna 3 ali več mest močne korozije, se oceni kot močna korozija za hudo korozijo.
Glede na upornost tal, redoks potencial, vsebnost vode, vsebnost soli, pH vrednost ter vsebnost Cl in SO42 so bile celovito ocenjene stopnje korozije vzorcev tal na različnih pobočjih. Rezultati raziskav kažejo, da so tla na vseh pobočjih zelo korozivna.
Korozijski potencial je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo zaščitne mreže za pobočja. Korozijski potenciali vseh treh pobočij so nižji od -200 mV, kar ima največji vpliv na korozijo kovinske mreže na vzponu. Gradient potenciala se lahko uporabi za presojo velikosti zablodelega toka v tleh. Zablodelni tok je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo kovinske mreže na srednjih pobočjih in vzponih, zlasti na srednjih pobočjih. Skupna vsebnost topnih soli v tleh zgornjega, srednjega in spodnjega pobočja je bila nad 500 mg/kg, korozijski učinek na zaščitno mrežo za pobočja pa je bil zmeren. Vsebnost vode v tleh je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo kovinskih mrež na srednjem in spodnjem pobočju ter ima večji vpliv na korozijo zaščitnih mrež za pobočja. Hranila so najpogostejša v tleh na srednjem pobočju, kar kaže na pogoste mikrobne aktivnosti in hitro rast rastlin.
Raziskava kaže, da so korozijski potencial, potencialni gradient, skupna vsebnost topnih soli in vsebnost vode glavni dejavniki, ki vplivajo na korozijo tal na treh pobočjih, korozivnost tal pa je ocenjena kot močna. Korozija mreže za zaščito pobočij je najresnejša na srednjem pobočju, kar zagotavlja referenco za protikorozijsko zasnovo mreže za zaščito železniških pobočij. Ustrezno dodajanje razpoložljivega dušika in organskih gnojil je koristno za zmanjšanje korozije tal, spodbujanje rasti rastlin in končno stabilizacijo pobočja.
Kako citirati ta članek: Chen, J. et al. Vpliv sestave tal in elektrokemije na korozijo omrežja kamnitih pobočij vzdolž kitajske železniške proge. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL in Yang, GL Dinamične značilnosti pobočij železniške podlage pri potresnem vzbujanju. Naravna nesreča. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analiza tipične potresne škode na avtocestah v potresno prizadetem območju Wenchuan v provinci Sečuan [J]. Kitajski časopis za mehaniko in inženirstvo kamnin. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. in Jinsong, J. Analiza seizmične škode in protiukrepi avtocestnih mostov v potresu v Wenchuanu. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY in Liu, CC Vpliv potresa v Chichiju na zemeljske plazove, ki jih je povzročilo poznejše deževje v osrednjem Tajvanu. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Dolgoročni učinki zemeljskih plazov, ki jih povzročajo potresi, na proizvodnjo sedimentov v gorskem porečju: regija Tanzawa, Japonska. geomorfologija. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. in Dedong, L. Pregled raziskav o analizi potresne stabilnosti geotehničnih pobočij. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Raziskava geoloških nevarnosti, ki jih je povzročil potres v Wenchuanu v Sečuanu. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Zaščita pobočij z vegetacijo: mehanika korenin nekaterih tropskih rastlin. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI in Kitayama, K. Topografski vplivi na tropske nizkogorske gozdove v različnih geoloških razmerah na gori Kinabalu na Borneu. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Idealne značilnosti korenin rastlin za zaščito naravnih in umetno ustvarjenih pobočij pred zemeljskimi plazovi. Plants and Soils, 324, 1–30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. in Knapen, A. Vpliv korenin trave na erodibilnost zgornje plasti tal med koncentriranim tokom. Geomorfologija 76, 54–67 (2006).