Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünde CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da uyumluluk modunu kapatmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteğin sağlanması için siteyi stiller ve JavaScript olmadan görüntüleyeceğiz.
Araştırma nesnesi olarak Sui-Chongqing demiryolu eğimi, toprak direnci, toprak elektrokimyası (korozyon potansiyeli, redoks potansiyeli, potansiyel gradyanı ve pH), toprak anyonları (toplam çözünür tuzlar, Cl-, SO42- ve) ve toprak beslenmesi (Nem içeriği, organik madde, toplam azot, alkali hidrolize azot, kullanılabilir fosfor, kullanılabilir potasyum) alınır. Farklı eğimler altında, korozyon derecesi yapay toprağın bireysel göstergelerine ve kapsamlı göstergelerine göre değerlendirilir. Diğer faktörlerle karşılaştırıldığında, suyun eğim koruma ağının korozyonu üzerinde en büyük etkisi vardır, bunu anyon içeriği takip eder. Toplam çözünür tuz, eğim koruma ağının korozyonu üzerinde orta düzeyde bir etkiye sahiptir ve kaçak akım, eğim koruma ağının korozyonu üzerinde orta düzeyde bir etkiye sahiptir. Toprak örneklerinin korozyon derecesi kapsamlı bir şekilde değerlendirildi ve üst eğimdeki korozyon orta düzeydeydi ve orta ve alt eğimlerdeki korozyon güçlüydü. Topraktaki organik madde potansiyel gradyanı ile önemli ölçüde ilişkiliydi. Kullanılabilir azot, kullanılabilir potasyum ve kullanılabilir fosfor, önemli ölçüde ilişkiliydi anyonlar.Toprak besin maddelerinin dağılımı dolaylı olarak eğim tipiyle ilişkilidir.
Demiryolları, otoyollar ve su koruma tesisleri inşa edilirken, dağ açıklıkları genellikle kaçınılmazdır. Güneybatıdaki dağlar nedeniyle, Çin'in demir yolu inşaatı dağın çok fazla kazılmasını gerektirir. Orijinal toprağı ve bitki örtüsünü tahrip ederek, açıkta kayalık yamaçlar oluşturur. Bu durum heyelanlara ve toprak erozyonuna yol açarak demiryolu taşımacılığının güvenliğini tehdit eder. Heyelanlar, özellikle 12 Mayıs 2008 Wenchuan depreminden sonra karayolu trafiği için kötüdür. Heyelanlar, yaygın olarak dağılmış ve ciddi bir deprem felaketi haline gelmiştir1. Sichuan Eyaletindeki 4.243 kilometrelik ana yolların 2008 değerlendirmesinde, yol yataklarında ve eğim istinat duvarlarında 1.736 şiddetli deprem felaketi meydana geldi ve bu, değerlendirmenin toplam uzunluğunun %39,76'sını oluşturdu. Yol hasarından kaynaklanan doğrudan ekonomik kayıplar 58 milyar yuanı aştı 2,3. Küresel örnekler, deprem sonrası jeotehlikelerin en az 10 yıl (Tayvan depremi) ve hatta 40-50 yıla kadar (Japonya'daki Kanto depremi) sürebileceğini göstermektedir 4,5. Eğim, deprem tehlikesini etkileyen ana faktördür 6,7. Bu nedenle, yol eğimini korumak ve stabilitesini güçlendirmek gerekir. Bitkiler, eğim korumasında ve ekolojik manzara restorasyonunda yeri doldurulamaz bir rol oynar 8. Sıradan toprak eğimleriyle karşılaştırıldığında, kaya eğimleri organik madde, azot, fosfor ve potasyum gibi besin faktörlerinin birikimine sahip değildir ve bitki örtüsünün büyümesi için gerekli toprak ortamına sahip değildir. Büyük eğim ve yağmur erozyonu, yamaç toprağı kolayca kaybolur. Yamaç ortamı serttir, bitki büyümesi için gerekli koşullardan yoksundur ve yamaç toprağı destekleyici stabiliteden yoksundur9. Eğimi korumak için toprağı örtmek üzere taban malzemesiyle yamaç püskürtme, ülkemde yaygın olarak kullanılan bir yamaç ekolojik restorasyon teknolojisidir. Püskürtme için kullanılan yapay toprak, belirli bir oranda kırılmış taş, tarım toprağı, saman, bileşik gübre, su tutucu madde ve yapıştırıcıdan (yaygın olarak kullanılan yapıştırıcılar arasında Portland çimentosu, organik tutkal ve asfalt emülgatörü bulunur) oluşur. Teknik işlem şudur: önce kaya üzerine dikenli tel döşeyin, ardından dikenli teli perçinler ve ankraj cıvatalarıyla sabitleyin ve son olarak özel bir püskürtücü ile yamaç üzerine tohum içeren yapay toprağı püskürtün. Çoğunlukla tamamen galvanizli 14# elmas şeklindeki metal ağ kullanılır, 5cm×5cm ağ standardı ve 2mm çapındadır. Metal ağ, toprak matrisinin kaya yüzeyinde dayanıklı monolitik bir levha oluşturmasını sağlar. Metal ağ, toprakta aşınır, çünkü toprağın kendisi bir elektrolittir ve Korozyon derecesi toprağın özelliklerine bağlıdır. Toprak korozyon faktörlerinin değerlendirilmesi, toprak kaynaklı metal örgü erozyonunun değerlendirilmesi ve heyelan tehlikelerinin ortadan kaldırılması açısından büyük önem taşımaktadır.
Bitki köklerinin yamaç stabilizasyonunda ve erozyon kontrolünde önemli bir rol oynadığına inanılmaktadır10,11,12,13,14. Sığ heyelanlara karşı yamaçları stabilize etmek için bitki örtüsü kullanılabilir çünkü bitki kökleri heyelanları önlemek için toprağı sabitleyebilir15,16,17. Odunsu bitki örtüsü, özellikle ağaçlar, sığ heyelanları önlemeye yardımcı olur18. Toprakta takviye edici yığınlar gibi davranan bitkilerin dikey ve yanal kök sistemleri tarafından oluşturulan sağlam bir koruyucu yapı. Kök mimarisi desenlerinin gelişimi genler tarafından yönlendirilir ve toprak ortamı bu süreçlerde belirleyici bir rol oynar. Metallere yönelik korozyon, toprak ortamına göre değişir20. Topraktaki metallerin korozyon derecesi, oldukça hızlı çözünmeden ihmal edilebilir darbeye kadar değişebilir21. Yapay toprak, gerçek "topraktan" çok farklıdır. Doğal toprakların oluşumu, dış çevre ile çeşitli organizmalar arasındaki onlarca milyonlarca yıllık etkileşimlerin sonucudur22,23,24. Odunsu bitki örtüsü istikrarlı bir kök sistemi ve ekosistem oluşturmadan önce, Metal örgünün kaya eğimi ve yapay toprakla birleştirilmesinin güvenli bir şekilde işlev görebilmesi, doğal ekonominin gelişmesi, yaşam güvenliği ve ekolojik çevrenin iyileştirilmesiyle doğrudan ilişkilidir.
Ancak metallerin korozyonu büyük kayıplara yol açabilir. 1980'lerin başında Çin'de kimyasal makineler ve diğer endüstriler üzerinde yapılan bir araştırmaya göre, metal korozyonunun neden olduğu kayıplar toplam çıktı değerinin %4'ünü oluşturuyordu. Bu nedenle, korozyon mekanizmasını incelemek ve ekonomik inşaat için koruyucu önlemler almak büyük önem taşımaktadır. Toprak, gazlar, sıvılar, katılar ve mikroorganizmalardan oluşan karmaşık bir sistemdir. Mikrobiyal metabolitler malzemeleri aşındırabilir ve başıboş akımlar da korozyona neden olabilir. Bu nedenle, toprağa gömülü metallerin korozyonunu önlemek önemlidir. Şu anda, gömülü metal korozyonu üzerine yapılan araştırmalar esas olarak (1) gömülü metal korozyonunu etkileyen faktörler25; (2) metal koruma yöntemleri26,27; (3) metal korozyonunun derecesi için karar yöntemleri28; Farklı ortamlarda korozyon üzerine odaklanmaktadır. Ancak, çalışmadaki tüm topraklar doğal olup yeterli toprak oluşum süreçlerinden geçmişti. Ancak, demiryolu kaya yamaçlarının yapay toprak erozyonu hakkında bir rapor bulunmamaktadır.
Diğer aşındırıcı ortamlarla karşılaştırıldığında, yapay toprak likit olmama, heterojenlik, mevsimsellik ve bölgesellik özelliklerine sahiptir. Yapay topraklardaki metal korozyonu, metaller ve yapay topraklar arasındaki elektrokimyasal etkileşimlerden kaynaklanır. Doğal faktörlere ek olarak, metal korozyon hızı çevreleyen ortama da bağlıdır. Nem içeriği, oksijen içeriği, toplam çözünür tuz içeriği, anyon ve metal iyon içeriği, pH, toprak mikropları gibi çeşitli faktörler tek tek veya kombinasyon halinde metal korozyonunu etkiler30,31,32.
30 yıllık uygulamada, kayalık yamaçlarda yapay toprakların kalıcı olarak nasıl korunacağı sorusu bir sorun olmuştur33. Toprak erozyonu nedeniyle 10 yıllık elle bakımdan sonra bazı yamaçlarda çalılar veya ağaçlar büyüyememektedir. Metal ağın yüzeyindeki kir bazı yerlerde yıkanmıştır. Korozyon nedeniyle bazı metal örgüler çatlamış ve üstlerindeki ve altlarındaki tüm toprağı kaybetmiştir (Şekil 1). Şu anda, demiryolu yamaç korozyonu üzerine yapılan araştırmalar esas olarak demiryolu trafo merkezi topraklama şebekesinin korozyonu, hafif raylı sistemin ürettiği kaçak akım korozyonu ve demiryolu köprülerinin34,35, raylar ve diğer araç ekipmanlarının36 korozyonuna odaklanmaktadır. Demiryolu yamaç koruma metal ağının korozyonuna dair hiçbir rapor yoktur. Bu makale, Suiyu Demiryolunun güneybatı kaya yamacında bulunan yapay toprakların fiziksel, kimyasal ve elektrokimyasal özelliklerini inceleyerek toprak özelliklerini değerlendirerek metal korozyonunu tahmin etmeyi ve toprak ekosistemi restorasyonu ve yapay restorasyon için teorik ve pratik bir temel sağlamayı amaçlamaktadır. Yamaç yapay.
Test sahası, Suining Tren İstasyonu yakınlarındaki Sichuan'ın (30°32′K, 105°32′D) engebeli bölgesinde yer almaktadır. Alan, Sichuan Havzası'nın ortasında, alçak dağlar ve tepelerle, basit jeolojik yapı ve düz arazi ile yer almaktadır. Erozyon, kesme ve su birikimi aşınmış engebeli manzaralar oluşturur. Ana kaya çoğunlukla kireç taşıdır ve üst örtü çoğunlukla mor kum ve çamur taşıdır. Bütünlük zayıftır ve kaya bloklu bir yapıdır. Çalışma alanı, erken ilkbahar, sıcak yaz, kısa sonbahar ve geç kış mevsimsel özelliklerine sahip subtropikal nemli muson iklimine sahiptir. Yağış bol, ışık ve ısı kaynakları bol, don olmayan dönem uzundur (ortalama 285 gün), iklim ılımandır, yıllık ortalama sıcaklık 17,4 °C, en sıcak ayın (Ağustos) ortalama sıcaklığı 27,2 °C ve aşırı maksimum sıcaklık 39,3 °C'dir. En soğuk ay Ocak'tır (ortalama sıcaklık 6,5°C'dir), aşırı düşük sıcaklık -3,8°C'dir ve yıllık ortalama yağış 920 mm'dir, çoğunlukla Temmuz ve Ağustos'ta yoğunlaşır. İlkbahar, yaz, sonbahar ve kış aylarındaki yağış büyük ölçüde değişir. Yılın her mevsimindeki yağış oranı sırasıyla %19-21, %51-54, %22-24 ve %4-5'tir.
Araştırma alanı, 2003 yılında inşa edilen Yu-Sui Demiryolu'nun yaklaşık 45°'lik eğimindedir. Nisan 2012'de Suining Tren İstasyonu'na 1 km mesafede güneye bakıyordu. Doğal eğim kontrol olarak kullanıldı. Eğimin ekolojik restorasyonu, ekolojik restorasyon için yabancı üst pansuman toprağı püskürtme teknolojisini benimser. Demiryolu kenarı eğiminin yüksekliğine göre, eğim yukarı, orta eğim ve aşağı eğim olarak ayrılabilir (Şekil 2). Kesilmiş eğim yapay toprağının kalınlığı yaklaşık 10 cm olduğundan, toprak metal ağının korozyon ürünlerinin kirlenmesini önlemek için, toprak yüzeyini 0-8 cm almak için sadece paslanmaz çelik bir kürek kullanıyoruz. Her eğim konumu için dört tekrar belirlendi ve tekrar başına 15-20 rastgele örnekleme noktası vardı. Her tekrar, S şeklinde hat örnekleme noktalarından rastgele belirlenen 15-20'nin bir karışımıdır. Taze ağırlığı yaklaşık 500 gramdır. Numuneleri işleme için polietilen fermuarlı torbalarda laboratuvara geri getirin. Toprak doğal olarak hava ile kurutulur ve çakıl ile hayvan ve bitki artıkları toplanır, akik çubuğu ile ezilir ve 20 gözlü bir elekle elenir, Kaba parçacıklar hariç 100 mesh naylon elek.
Toprak özdirenci, Shengli Instrument Company tarafından üretilen VICTOR4106 topraklama direnci test cihazı ile ölçüldü; toprak özdirenci sahada ölçüldü; Toprak nemi kurutma yöntemi ile ölçülmüştür. Taşınabilir dijital mv/pH cihazı DMP-2, toprak korozyon potansiyelini ölçmek için yüksek giriş empedansına sahiptir. Potansiyel gradyanı ve redoks potansiyeli DMP-2 taşınabilir dijital mv/pH ile, topraktaki toplam çözünür tuz kalıntı kurutma yöntemi ile, topraktaki klorür iyon içeriği AgNO3 titrasyon yöntemi (Mohr yöntemi) ile, toprak sülfat içeriği dolaylı EDTA titrasyon yöntemi ile, toprak karbonat ve bikarbonatını belirlemek için çift indikatör titrasyon yöntemi ile, toprak organik maddesini belirlemek için potasyum dikromat oksidasyon ısıtma yöntemi ile, toprak alkali hidroliz azotunu belirlemek için alkali çözelti difüzyon yöntemi ile, H2SO4-HClO4 sindirimi Mo-Sb kolorimetrik yöntemi ile belirlenmiştir. Topraktaki toplam fosfor ve topraktaki alınabilir fosfor içeriği Olsen yöntemi (ekstraktant olarak 0,05 mol/L NaHCO3 çözeltisi) ile ve topraktaki toplam potasyum içeriği sodyum hidroksit füzyon-alev fotometrisi ile belirlenmiştir.
Deneysel veriler öncelikle sistematize edildi. Ortalama, standart sapma, tek yönlü ANOVA ve insan korelasyon analizlerini yapmak için SPSS Statistics 20 kullanıldı.
Tablo 1, farklı eğimlere sahip toprakların elektromekanik özelliklerini, anyonlarını ve besin maddelerini sunmaktadır. Farklı eğimlerin korozyon potansiyeli, toprak direnci ve doğu-batı potansiyel gradyanı anlamlıydı (P < 0,05). Yokuş aşağı, orta eğim ve doğal eğimin redoks potansiyelleri anlamlıydı (P < 0,05). Raylara dik potansiyel gradyanı, yani kuzey-güney potansiyel gradyanı, yokuş yukarı>yokuş aşağı>orta eğimdir. Toprak pH değeri, yokuş aşağı>yokuş yukarı>orta eğim>doğal eğim sırasına göreydi. Doğal eğimdeki toplam çözünür tuz, demiryolu eğiminden anlamlı derecede yüksekti (P ​​< 0,05). Üçüncü sınıf demiryolu eğimi toprağının toplam çözünür tuz içeriği 500 mg/kg'ın üzerindedir ve toplam çözünür tuzun metal korozyonu üzerinde orta düzeyde bir etkisi vardır. Toprak organik madde içeriği doğal eğimde en yüksek, yokuş aşağı eğimde ise en düşüktü (P < 0,05). Toplam azot içeriği orta eğimde en yüksek, yokuş yukarı; kullanılabilir azot içeriği yokuş aşağı ve orta yamaçta en yüksek, doğal yamaçta ise en düşüktü; demir yolu yokuş yukarı ve yokuş aşağı toplam azot içeriği daha düşüktü, ancak kullanılabilir azot içeriği daha yüksekti. Bu, yokuş yukarı ve yokuş aşağı organik azot mineralizasyon hızının hızlı olduğunu göstermektedir. Kullanılabilir potasyum içeriği kullanılabilir fosfor ile aynıdır.
Toprak özdirenci, elektriksel iletkenliği gösteren bir endeks ve toprak korozyonunu değerlendirmek için kullanılan temel bir parametredir. Toprak özdirencini etkileyen faktörler arasında nem içeriği, toplam çözünür tuz içeriği, pH, toprak dokusu, sıcaklık, organik madde içeriği, toprak sıcaklığı ve sıkılık bulunur. Genel olarak konuşursak, düşük özdirençli topraklar daha aşındırıcıdır ve bunun tersi de geçerlidir. Toprak korozifliğini değerlendirmek için özdirenç kullanmak, çeşitli ülkelerde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Tablo 1, her bir endeks için korozivite derecesi değerlendirme kriterlerini göstermektedir37,38.
Ülkemizdeki test sonuçlarına ve standartlara göre (Tablo 1), toprak korozifliği sadece toprak özdirencine göre değerlendirildiğinde, yokuş yukarı yamaçtaki toprak çok korozif; yokuş aşağı yamaçtaki toprak orta korozif; orta yamaç ve doğal yamaçtaki toprak korozifliği ise nispeten düşük-zayıftır.
Yokuş yukarı yamacın toprak özdirenci, yamacın diğer kısımlarına göre önemli ölçüde daha düşüktür ve bu durum yağmur erozyonu nedeniyle oluşmuş olabilir. Yokuş yukarıdaki üst toprak suyla birlikte orta yamaca akar, bu nedenle yamaç yukarı metal yamaç koruma ağı üst toprağa yakındır. Metal ağların bir kısmı açığa çıkmış ve hatta havada asılı kalmıştır (Şekil 1). Toprak özdirenci yerinde ölçülmüştür; kazık aralığı 3 m'dir; kazık çakma derinliği 15 cm'nin altındadır. Çıplak metal ağ ve soyulan pas, ölçüm sonuçlarını etkileyebilir. Bu nedenle, toprak korozivitesini yalnızca toprak özdirenç indeksi ile değerlendirmek güvenilir değildir. Korozyonun kapsamlı değerlendirmesinde, yamaç yukarısının toprak özdirenci dikkate alınmaz.
Yüksek bağıl nem nedeniyle, Sichuan bölgesindeki çok yıllık nemli hava, havaya maruz kalan metal ağın toprağa gömülü metal ağa göre daha ciddi şekilde aşınmasına neden olur39. Tel ağın havaya maruz kalması, yokuş yukarı toprakları dengesizleştirebilen hizmet ömrünün azalmasına neden olabilir. Toprak kaybı, bitkilerin, özellikle odunsu bitkilerin büyümesini zorlaştırabilir. Odunsu bitkilerin eksikliği nedeniyle, toprağı katılaştırmak için yokuş yukarı bir kök sistemi oluşturmak zordur. Aynı zamanda, bitki büyümesi toprak kalitesini de iyileştirebilir ve topraktaki humus içeriğini artırabilir, bu da sadece suyu tutmakla kalmaz, aynı zamanda hayvanların ve bitkilerin büyümesi ve üremesi için iyi bir ortam sağlar ve böylece toprak kaybını azaltır. Bu nedenle, inşaatın erken aşamasında, yokuş yukarı daha fazla odunsu tohum ekilmeli ve yağmur suyunun yokuş yukarı toprağını erozyona uğratmasını azaltmak için sürekli olarak su tutucu madde ekilmeli ve koruma için filmle örtülmelidir.
Korozyon potansiyeli, üç seviyeli eğimdeki eğim koruma ağının korozyonunu etkileyen önemli bir faktördür ve yokuş yukarı eğimde en büyük etkiye sahiptir (Tablo 2).Normal koşullar altında, korozyon potansiyeli belirli bir ortamda çok fazla değişmez.Fark edilebilir bir değişiklik, kaçak akımlar tarafından meydana gelebilir.Kaçak akımlar, araçlar toplu taşıma sistemini kullandığında yol yatağına ve toprak ortamına sızan 40, 41, 42 akımlarını ifade eder.Ulaşım sisteminin gelişmesiyle birlikte, ülkemizin demiryolu ulaşım sistemi büyük ölçekli elektrifikasyona ulaşmıştır ve elektrikli demiryollarından gelen doğru akım sızıntısının neden olduğu gömülü metallerin korozyonu göz ardı edilemez.Şu anda, toprak potansiyel gradyanı, toprağın kaçak akım bozulmaları içerip içermediğini belirlemek için kullanılabilir.Yüzey toprağının potansiyel gradyanı 0,5 mv/m'den düşük olduğunda, kaçak akım düşüktür; potansiyel gradyanı 0,5 mv/m ile 5,0 mv/m aralığında olduğunda, kaçak akım orta düzeydedir; Potansiyel gradyanı 5,0 mV/m'den büyük olduğunda, kaçak akım seviyesi yüksektir. Orta eğim, yukarı eğim ve aşağı eğim potansiyel gradyanının (EW) dalgalı aralığı Şekil 3'te gösterilmiştir. Dalgalı aralık açısından, orta eğimin doğu-batı ve kuzey-güney yönlerinde orta düzeyde kaçak akımlar vardır. Bu nedenle, kaçak akım, özellikle orta eğimde, orta eğim ve aşağı eğimdeki metal örgülerin korozyonunu etkileyen önemli bir faktördür.
Genel olarak, 400 mV'un üzerindeki toprak redoks potansiyeli (Eh) oksitleme yeteneğini, 0-200 mV'un üzerindeki orta indirgeyici yeteneği ve 0 mV'un altındaki büyük indirgeyici yeteneği gösterir. Toprak redoks potansiyeli ne kadar düşükse, toprak mikroorganizmalarının metallere karşı korozyon yeteneği o kadar büyüktür44. Redoks potansiyelinden toprak mikrobiyal korozyon eğilimini tahmin etmek mümkündür. Çalışma, üç eğimin toprak redoks potansiyelinin 500 mv'dan büyük ve korozyon seviyesinin çok küçük olduğunu bulmuştur. Bu, eğimli arazinin toprak havalandırma koşulunun iyi olduğunu ve bunun topraktaki anaerobik mikroorganizmaların korozyonuna elverişli olmadığını göstermektedir.
Önceki çalışmalar, toprak pH'ının toprak erozyonu üzerindeki etkisinin açık olduğunu bulmuştur. pH değerinin dalgalanmasıyla, metal malzemelerin korozyon hızı önemli ölçüde etkilenir. Toprak pH'ı, alan ve topraktaki mikroorganizmalarla yakından ilişkilidir45,46,47. Genel olarak konuşursak, toprak pH'ının hafif alkali topraktaki metal malzemelerin korozyonu üzerindeki etkisi açık değildir. Üç demiryolu yamacındaki topraklar tamamen alkalidir, bu nedenle pH'ın metal ağın korozyonu üzerindeki etkisi zayıftır.
Tablo 3'te görüldüğü üzere korelasyon analizi, redoks potansiyeli ile eğim pozisyonunun anlamlı derecede pozitif korelasyonlu olduğunu (R2 = 0,858), korozyon potansiyeli ile potansiyel gradyanının (SN) anlamlı derecede pozitif korelasyonlu olduğunu (R2 = 0,755) ve redoks potansiyeli ile potansiyel gradyanının (SN) anlamlı derecede pozitif korelasyonlu olduğunu (R2 = 0,755) göstermektedir. Potansiyel ve pH arasında anlamlı bir negatif korelasyon vardı (R2 = -0,724). Eğim pozisyonu, redoks potansiyeli ile anlamlı bir şekilde pozitif korelasyona sahipti. Bu, farklı eğim pozisyonlarının mikroçevresinde farklılıklar olduğunu ve toprak mikroorganizmalarının redoks potansiyeli ile yakından ilişkili olduğunu göstermektedir48, 49, 50. Redoks potansiyeli, pH ile anlamlı bir şekilde negatif korelasyona sahipti51,52. Bu ilişki, pH ve Eh değerlerinin toprak redoks süreci boyunca her zaman eşzamanlı olarak değişmediğini, ancak negatif doğrusal bir ilişkiye sahip olduğunu göstermiştir. Metal korozyon potansiyeli, elektron kazanma ve kaybetme konusundaki göreceli yeteneği temsil edebilir. Korozyon potansiyeli, potansiyel gradyanı (SN) ile anlamlı bir şekilde pozitif korelasyona sahip olmasına rağmen, potansiyel gradyanı, metalin kolayca elektron kaybetmesinden kaynaklanıyor olabilir.
Topraktaki toplam çözünür tuz içeriği, toprak korozivitesiyle yakından ilişkilidir. Genel olarak, toprak tuzluluğu ne kadar yüksekse, toprak özdirenci o kadar düşük olur ve böylece toprak direnci artar. Toprak elektrolitlerinde, sadece anyonlar ve değişen aralıklar değil, aynı zamanda korozyon etkileri de esas olarak karbonatlar, klorürler ve sülfatlardır. Ayrıca, topraktaki toplam çözünür tuz içeriği, metallerdeki elektrot potansiyelinin etkisi ve toprak oksijen çözünürlüğü gibi diğer faktörlerin etkisiyle korozyonu dolaylı olarak etkiler53.
Topraktaki çözünebilir tuz ayrışmış iyonların çoğu doğrudan elektrokimyasal reaksiyonlara katılmaz, ancak toprak direnci yoluyla metal korozyonunu etkiler. Toprak tuzluluğu ne kadar yüksekse, toprak iletkenliği ve toprak erozyonu o kadar güçlüdür. Doğal yamaçların toprak tuzluluk oranı, demir yolu yamaçlarına göre önemli ölçüde daha yüksektir; bu, doğal yamaçların toprak ve suyun korunmasına elverişli olan bitki örtüsü açısından zengin olmasından kaynaklanıyor olabilir. Başka bir neden, doğal yamacın olgun toprak oluşumu (kaya aşınmasıyla oluşan toprak ana malzemesi) yaşamış olması, ancak demir yolu yamacı toprağının "yapay toprak" matrisi olarak kırılmış taş parçalarından oluşması ve yeterli bir toprak oluşum sürecinden geçmemiş olması olabilir. Mineraller serbest bırakılmamıştır. Ayrıca, doğal yamaçların derin toprağındaki tuz iyonları, yüzey buharlaşması sırasında kılcal etki yoluyla yükselmiş ve yüzey toprağında birikmiş, bunun sonucunda yüzey toprağındaki tuz iyonları içeriği artmıştır. Demiryolu yamacının toprak kalınlığı 20 cm'den azdır, bunun sonucunda üst toprağın derin topraktan gelen tuzu takviye etmesi mümkün değildir.
Pozitif iyonlar (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, vb.) toprak korozyonu üzerinde çok az etkiye sahipken, anyonlar korozyonun elektrokimyasal sürecinde önemli bir rol oynar ve metal korozyonu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Cl− anotun korozyonunu hızlandırabilir ve en aşındırıcı anyondur; Cl− içeriği ne kadar yüksekse, toprak korozyonu o kadar güçlüdür. SO42− sadece çeliğin korozyonunu teşvik etmekle kalmaz, aynı zamanda bazı beton malzemelerde de korozyona neden olur. 54. Ayrıca demiri aşındırır. Bir dizi asitli toprak deneyinde, korozyon hızının toprak asitliğiyle orantılı olduğu bulunmuştur. 55. Klorür ve sülfat, metallerin kavitasyonunu doğrudan hızlandırabilen çözünür tuzların ana bileşenleridir. Çalışmalar, alkali topraklarda karbon çeliğinin korozyon ağırlık kaybının klorür ve sülfat iyonlarının eklenmesiyle neredeyse orantılı olduğunu göstermiştir. 56, 57. Lee ve ark. SO42-'nin korozyonu engelleyebileceğini, ancak daha önceden oluşmuş korozyon çukurlarının gelişimini teşvik edebileceğini buldu58.
Toprak koroziflik değerlendirme standardı ve test sonuçlarına göre, her yamaç toprak örneğindeki klorür iyon içeriği 100 mg/kg'ın üzerindeydi ve bu da güçlü toprak korozifliğini gösteriyordu. Hem yokuş yukarı hem de yokuş aşağı yamaçların sülfat iyon içeriği 200 mg/kg'ın üzerinde ve 500 mg/kg'ın altındaydı ve toprak orta derecede korozyona uğramıştı. Orta yamaçtaki sülfat iyon içeriği 200 mg/kg'dan düşük ve toprak korozyonu zayıftı. Toprak ortamı yüksek konsantrasyon içerdiğinde, reaksiyona katılacak ve metal elektrotun yüzeyinde korozyon ölçeği üretecek ve böylece korozyon reaksiyonunu yavaşlatacaktır. Konsantrasyon arttıkça, ölçek aniden kırılabilir ve böylece korozyon oranını büyük ölçüde hızlandırabilir; konsantrasyon artmaya devam ettikçe, korozyon ölçeği metal elektrotun yüzeyini kaplar ve korozyon oranı tekrar yavaşlama eğilimi gösterir59. Çalışma, topraktaki miktarın daha düşük olduğunu ve bu nedenle korozyon üzerinde çok az etkisi olduğunu bulmuştur.
Tablo 4'e göre eğim ile toprak anyonları arasındaki korelasyon, eğim ile klorür iyonları arasında anlamlı pozitif bir korelasyon (R2=0,836) ve eğim ile toplam çözünür tuzlar arasında anlamlı pozitif bir korelasyon (R2=0,742) olduğunu göstermiştir.
Bu, yüzeysel akış ve toprak erozyonunun topraktaki toplam çözünür tuzlardaki değişikliklerden sorumlu olabileceğini düşündürmektedir. Toplam çözünür tuzlar ile klorür iyonları arasında anlamlı bir pozitif korelasyon vardı; bunun nedeni, toplam çözünür tuzların klorür iyonlarının havuzu olması ve toplam çözünür tuzların içeriğinin toprak çözeltilerindeki klorür iyonlarının içeriğini belirlemesi olabilir. Bu nedenle, eğimdeki farkın metal örgü kısmında ciddi korozyona neden olabileceğini bilebiliriz.
Organik madde, toplam azot, yararlanılabilir azot, yararlanılabilir fosfor ve yararlanılabilir potasyum toprağın temel besin maddeleri olup, bunlar toprak kalitesini ve kök sistemi tarafından besin maddelerinin emilimini etkiler. Toprak besin maddeleri, topraktaki mikroorganizmaları etkileyen önemli bir faktördür, bu nedenle toprak besin maddeleri ile metal korozyonu arasında bir ilişki olup olmadığının incelenmesi önemlidir. Suiyu Demiryolu 2003 yılında tamamlanmıştır, bu da yapay toprağın sadece 9 yıldır organik madde birikimi yaşadığı anlamına gelir. Yapay toprağın özelliğinden dolayı, yapay topraktaki besin maddelerini iyi anlamak gerekir.
Araştırma, tüm toprak oluşum sürecinin ardından doğal yamaç toprağında organik madde içeriğinin en yüksek olduğunu göstermektedir. Alçak yamaç toprağının organik madde içeriği en düşüktü. Ayrışmanın ve yüzey akışının etkisi nedeniyle, toprak besinleri orta yamaçta ve aşağı yamaçta birikerek kalın bir humus tabakası oluşturacaktır. Ancak, alçak yamaç toprağının küçük parçacıkları ve zayıf stabilitesi nedeniyle, organik madde mikroorganizmalar tarafından kolayca ayrıştırılır. Araştırma, orta yamaç ve aşağı yamaç bitki örtüsünün ve çeşitliliğinin yüksek olduğunu, ancak homojenliğin düşük olduğunu ve bunun yüzey besinlerinin eşit olmayan dağılımına yol açabileceğini bulmuştur. Kalın bir humus tabakası suyu tutar ve toprak organizmaları aktiftir. Tüm bunlar topraktaki organik maddenin ayrışmasını hızlandırır.
Yukarı eğimli, orta eğimli ve aşağı eğimli demiryollarının alkali hidrolize azot içeriği, doğal eğimden daha yüksekti; bu da demiryolu eğiminin organik azot mineralizasyon oranının doğal eğimden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu gösteriyordu. Parçacıklar ne kadar küçükse, toprak yapısı o kadar dengesiz, mikroorganizmaların agregalardaki organik maddeyi ayrıştırması o kadar kolay ve mineralize organik azot havuzu o kadar büyük oluyordu60,61. 62 çalışmasının sonuçlarıyla tutarlı olarak, demiryolu eğimlerinin toprağındaki küçük parçacık agregalarının içeriği, doğal eğimlerinkinden önemli ölçüde daha yüksekti. Bu nedenle, demiryolu eğiminin toprağındaki gübre, organik madde ve azot içeriğini artırmak ve toprağın sürdürülebilir kullanımını iyileştirmek için uygun önlemler alınmalıdır. Yüzeysel akışla oluşan kullanılabilir fosfor ve kullanılabilir potasyum israfı, demiryolu eğiminin toplam kaybının %77,27 ila %99,79'unu oluşturmaktadır. Yüzeysel akış, eğimdeki kullanılabilir besin kaybının ana itici gücü olabilir. topraklar63,64,65.
Tablo 4’te görüldüğü gibi, yamaç pozisyonu ile alınabilir fosfor arasında anlamlı pozitif korelasyon (R2=0,948) ve yamaç pozisyonu ile alınabilir potasyum arasında da aynı korelasyon (R2=0,898) bulunmuştur. Bu durum, yamaç pozisyonunun topraktaki alınabilir fosfor ve alınabilir potasyum içeriğini etkilediğini göstermektedir.
Eğim, toprak organik madde içeriğini ve azot zenginleşmesini etkileyen önemli bir faktördür66 ve eğim ne kadar küçükse, zenginleşme oranı o kadar yüksektir. Toprak besin zenginleşmesi için besin kaybı zayıflamış ve yamaç konumunun toprak organik madde içeriği ve toplam azot zenginleşmesi üzerindeki etkisi belirgin olmamıştır. Farklı yamaçlardaki farklı tip ve sayıda bitki, bitki kökleri tarafından salgılanan farklı organik asitlere sahiptir. Organik asitler, topraktaki kullanılabilir fosfor ve potasyumun fiksasyonu için faydalıdır. Bu nedenle, yamaç konumu ile kullanılabilir fosfor ve yamaç konumu ile kullanılabilir potasyum arasında önemli bir korelasyon bulunmuştur.
Toprak besin maddeleri ile toprak korozyonu arasındaki ilişkiyi açıklığa kavuşturmak için korelasyonu analiz etmek gerekir. Tablo 5'te görüldüğü gibi, redoks potansiyeli kullanılabilir azot (R2 = -0,845) ile önemli ölçüde negatif korelasyonlu ve kullanılabilir fosfor (R2 = 0,842) ve kullanılabilir potasyum (R2 = 0,980) ile önemli ölçüde pozitif korelasyonluydu. Redoks potansiyeli, genellikle toprağın bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinden etkilenen redoks kalitesini yansıtır ve daha sonra toprağın bir dizi özelliğini etkiler. Bu nedenle, toprak besin maddesi dönüşümünün yönünü belirlemede önemli bir faktördür67. Farklı redoks kaliteleri, besin faktörlerinin farklı durumları ve kullanılabilirliği ile sonuçlanabilir. Bu nedenle, redoks potansiyeli kullanılabilir azot, kullanılabilir fosfor ve kullanılabilir potasyum ile önemli bir korelasyona sahiptir.
Metal özelliklerine ek olarak, korozyon potansiyeli toprak özellikleriyle de ilişkilidir. Korozyon potansiyeli, organik madde ile önemli ölçüde negatif korelasyona sahipti ve bu, organik maddenin korozyon potansiyeli üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu gösteriyordu. Ek olarak, organik madde potansiyel gradyanı (SN) (R2 = -0,713) ve sülfat iyonu (R2 = -0,671) ile de önemli ölçüde negatif korelasyona sahipti ve bu, organik madde içeriğinin potansiyel gradyanı (SN) ve sülfat iyonunu da etkilediğini gösteriyordu. Toprak pH'ı ile kullanılabilir potasyum arasında önemli bir negatif korelasyon vardı (R2 = -0,728).
Kullanılabilir azot, toplam çözünür tuzlar ve klorür iyonlarıyla önemli ölçüde negatif korelasyonluydu ve kullanılabilir fosfor ve kullanılabilir potasyum, toplam çözünür tuzlar ve klorür iyonlarıyla önemli ölçüde pozitif korelasyonluydu. Bu, kullanılabilir besin içeriğinin topraktaki toplam çözünür tuzlar ve klorür iyonlarının miktarını önemli ölçüde etkilediğini ve topraktaki anyonların kullanılabilir besin maddelerinin birikimine ve tedarikine elverişli olmadığını gösterdi. Toplam azot, sülfat iyonuyla önemli ölçüde negatif korelasyonluydu ve bikarbonatla önemli ölçüde pozitif korelasyonluydu, bu da toplam azotun sülfat ve bikarbonat içeriği üzerinde bir etkisi olduğunu gösteriyordu. Bitkilerin sülfat iyonlarına ve bikarbonat iyonlarına talebi azdır, bu nedenle bunların çoğu toprakta serbesttir veya toprak kolloidleri tarafından emilir. Bikarbonat iyonları toprakta azot birikimini destekler ve sülfat iyonları topraktaki azotun kullanılabilirliğini azaltır. Bu nedenle, topraktaki kullanılabilir azot ve humus içeriğini uygun şekilde artırmak, toprak aşındırıcılığını azaltmak için faydalıdır.
Toprak, karmaşık bir bileşime ve özelliklere sahip bir sistemdir. Toprak korozifliği, birçok faktörün sinerjik etkisinin sonucudur. Bu nedenle, toprak korozifliğini değerlendirmek için genellikle kapsamlı bir değerlendirme yöntemi kullanılır. “Jeoteknik Mühendisliği Araştırması Kodu”na (GB50021-94) ve Çin Toprak Korozyon Test Ağı'nın test yöntemlerine atıfta bulunularak, toprak korozyon derecesi aşağıdaki standartlara göre kapsamlı bir şekilde değerlendirilebilir: (1) Değerlendirme zayıf korozyondur, yalnızca zayıf korozyon varsa, orta düzeyde korozyon veya güçlü korozyon yoktur; (2) güçlü korozyon yoksa, orta düzeyde korozyon olarak değerlendirilir; (3) bir veya iki güçlü korozyon yeri varsa, güçlü korozyon olarak değerlendirilir; (4) 3 veya daha fazla güçlü korozyon yeri varsa, şiddetli korozyon için güçlü korozyon olarak değerlendirilir.
Toprak özdirenci, redoks potansiyeli, su içeriği, tuz içeriği, pH değeri, Cl- ve SO42- içeriğine göre çeşitli yamaçlardaki toprak örneklerinin korozyon dereceleri kapsamlı bir şekilde değerlendirildi. Araştırma sonuçları, tüm yamaçlardaki toprakların oldukça aşındırıcı olduğunu göstermektedir.
Korozyon potansiyeli, yamaç koruma ağının korozyonunu etkileyen önemli bir faktördür. Üç yamacın korozyon potansiyelleri, yokuş yukarı metal ağın korozyonu üzerinde en büyük etkiye sahip olan -200 mv'den düşüktür. Potansiyel gradyanı, topraktaki kaçak akımın büyüklüğünü değerlendirmek için kullanılabilir. Kaçak akım, özellikle orta yamaçlarda, orta yamaçlarda ve yokuş yukarı yamaçlarda metal ağın korozyonunu etkileyen önemli bir faktördür. Üst, orta ve alt yamaçlardaki topraklardaki toplam çözünür tuz içeriği 500 mg/kg'ın üzerindeydi ve yamaç koruma ağı üzerindeki korozyon etkisi orta düzeydeydi. Toprak su içeriği, orta yamaçta ve aşağı yamaçta metal ağların korozyonunu etkileyen önemli bir faktördür ve yamaç koruma ağlarının korozyonu üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Besin maddeleri orta yamaç toprağında en bol miktarda bulunur ve bu da sık mikrobiyal aktiviteler ve hızlı bitki büyümesi olduğunu gösterir.
Araştırma, üç yamaçta toprak korozyonunu etkileyen ana faktörlerin korozyon potansiyeli, potansiyel gradyanı, toplam çözünür tuz içeriği ve su içeriği olduğunu ve toprak korozifliğinin güçlü olarak değerlendirildiğini göstermektedir. Yamaç koruma ağının korozyonu, demiryolu yamaç koruma ağının korozyon önleyici tasarımı için bir referans sağlayan orta yamaçta en ciddi seviyededir. Mevcut azot ve organik gübrenin uygun şekilde eklenmesi, toprak korozyonunu azaltmak, bitki büyümesini kolaylaştırmak ve son olarak yamacın stabilize edilmesi için faydalıdır.
Bu makaleye atıfta bulunma şekli: Chen, J. ve diğerleri. Çin demiryolu hattı boyunca kaya yamaç ağının korozyonu üzerinde toprak bileşimi ve elektrokimyanın etkileri. Bilim. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL ve Yang, GL Deprem etkisi altındaki demiryolu alt yapı eğimlerinin dinamik özellikleri. Doğal afet. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. ve diğerleri. Sichuan Eyaletinin Wenchuan depreminden etkilenen bölgesindeki otoyolların tipik deprem hasarının analizi[J]. Çin Kaya Mekaniği ve Mühendisliği Dergisi.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. ve Jinsong, J. Wenchuan depreminde karayolu köprülerinin sismik hasar analizi ve karşı önlemleri. Çin Kaya Mekaniği ve Mühendisliği Dergisi.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY ve Liu, CC Orta Tayvan'da meydana gelen Chichi depreminin daha sonraki yağışların neden olduğu heyelanlara etkisi. Mühendislik Jeolojisi. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. ve diğerleri.Dağlık bir havzada deprem kaynaklı heyelanların tortu üretimi üzerindeki uzun vadeli etkileri: Tanzawa bölgesi, Japonya.jeomorfoloji.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. ve Dedong, L. Jeoteknik yamaçların sismik kararlılık analizi üzerine yapılan araştırmaların bir incelemesi. Deprem Mühendisliği ve Mühendislik Titreşimi. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Sichuan'daki Wenchuan depreminin neden olduğu jeolojik tehlikeler üzerine araştırma. Mühendislik Jeolojisi Dergisi 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Bitki örtüsüyle yamaç koruması: Bazı tropikal bitkilerin kök mekaniği. Uluslararası Fizik Bilimleri Dergisi.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI ve Kitayama, K. Borneo'daki Mount Kinabalu'da farklı jeolojik koşullar altında tropikal alçak dağ ormanları üzerindeki topografik etkiler. Bitki Ekolojisi. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. ve diğerleri. Doğal ve yapay yamaçları heyelanlardan korumak için ideal bitki kök özellikleri. Bitkiler ve Topraklar, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. ve Knapen, A. Yoğun akış sırasında çimen köklerinin üst toprak erozyonuna etkileri. Jeomorfoloji 76, 54–67 (2006).