loess는 쿼츠, 장석 및 운모, 칼슘 및 마그네슘 카보네이트 및 점토의 최대 30%로 만들어진 바람에 퇴적 된 퇴적물입니다. 기원의 결과로, 수분 침윤 및 서브 표면 순환을 용이하게하는 높은 다공성 및 수직 조인트가 있습니다. 두꺼운 로스 퇴적물은 갑자기 그리고 많은 양으로 붕괴 될 수 있기 때문에 "문제가있는 토양"으로 간주됩니다.
황토는 전 세계적으로 널리 퍼져 있지만 가장 크고 가장 두꺼운 퇴적물은 중국에서 630,000km2 이상을 커버합니다. 그중에서도 중국 북서부의 로스 고원은 가장 큰 것입니다. 건조한 기후로 인해이 지역에 사는 사람들은 재배를 위해 노란 강에서 펌핑 된 관개 물에 크게 의존합니다. 그들은 많은 양의 물이 수십 미터 깊이에 침투 할 수 있기 때문에 일년에 여러 번“홍수 방법”을 사용합니다.
loess 란 무엇입니까?
loess는 암석이 아니며 탄산염 결정에 의해 잘 정화되는 토양이며, 그 강도의 상당 부분은 토양이 불포화 될 때 (이 건조한 부위의 자연 조건) 토양 구멍 내의 수분에 의해 가해지는 모세관에서 유래합니다. 점토 구성 요소는 흡습성 특성 (물을 유지할 수 있음)으로 인해 그러한 힘을 개발하는 데 중요한 역할을합니다. 로스가 아름다운 지형을 보여줄 수있는 덕분에 [1], [2], [3] 동굴 주거지 [4], [5].
여러 연구에 따르면 로스 고원의 강렬한 관개는 매년 발생하는 산사태 수가 증가하고 있으며, 아마도 토양의 깊은 층의 수분 증가와 그에 따른 모세관 힘의 감소와 탄산염 시멘트의 느린 해산으로 인해 발생합니다 [6].
.그러나 더 많은 것이 있습니다. Engineering Geology [7]에 2012 년에 발표 된 연구에 따르면, 우리 연구 지역의 Loess 고원 (Gansu Province의 Heifangtai Terrace)의 기저부에서 광물 화 된 물과 소금 인 크러스트의 많은 샘이 발견 될 수 있습니다. 스프링은 실제로 침투 후 로스에서 유출되어 지하로 이동하고 미네랄 (주로 NaCl - 테이블 소금! 및 일부 칼슘 및 탄산염 및 황산 마그네슘)이 풍부한 관개 물입니다.
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질량 고장이 발생하기 쉬운 불안정한 로스 토양
점토는 모공에 소금의 존재에 매우 민감합니다. 그들은 부풀어 오거나 축소 될 수 있으며, 민물 (약한 행동) 또는 짠 물 (더 강한)과 접촉하면 힘과 강성이 실제로 많이 변할 수 있습니다. 그 효과는“빠른 점토”로 만든 슬러리에 소금을 추가하는 것 (스칸디나비아 국가와 캐나다에서 흔히 볼 수있는 일리 틱 점토의 유형)이 슬러리를 견고하게 바꿀 것입니다 (노르웨이의 지구 공학 연구소의 교육용 비디오에는 예쁜 장면이 있습니다. 노르웨이의 NTNU [9], [10], [11] 및 이탈리아의 유니바스 [12], [13], [14], [15]
따라서, 우리의 연구 질문은 다음과 같습니다. 아마도 로스의 소금 함량은 아마도 적어도 부분적으로는 파괴적인 산사태를 생성 할 수있는 잠재력과 그 잠재력을 제어 하는가? 그래서 우리는 Chengdu의 SKLGP 실험실에서 실험 프로그램을 고안했습니다 [16] (그건 그렇고, 우리는 5 개의 새로운 박사후 소장 [17]에 대한 공개 전화가 있으며, 10 월에는 큰 산사태에 대한 아주 멋진 박사 학교를 개최 할 것입니다! [18]).
.로스 샘플 테스트
일련의 테스트는 매우 간단했습니다. 우리는 양의 마른 황토를 가중 시켰고 우리는 현장에서 수집 한 관개 물을 추가했습니다. 우리는 교반하고 용기를 밀봉하고 서스펜션을 떠나 1 일, 3 일 동안… 1 개월 이상을 정착시켰다. 1 일, 3 일 후, 우리는 물 용액의 화학적 조성물을 분석하여 소금이 얼마나 많이 용해되었는지를 확인하고 별도로 로스 입자를 분석하여 크기와 모양이 바뀌 었는지 확인했습니다. 실제로, 로스 골재가 고장 났고, 탄산염이 용해되기 시작했고, 점토 입자가 팽창했습니다 (우리는 스캐닝 전자 현미경으로 로스 곡물과 점토 플레이크의 멋진 사진을 찍었습니다). 대부분의 NaCl은 관개 물에 매우 빨리 용해되었고, 탄산염 (우리가 예상 한대로)은 반응이 훨씬 느리고 용액의 pH에 의존하기 때문에 실험 동안 소량으로 만 용해되었습니다.
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화학적 분석 덕분에, 우리는 자연의 불포화 조건에서 로스 곡물이 함께 붙어있는 소량의 물이 실제로 매우 짠 (55 그램/리터), 해수 (35 g/L)보다 훨씬 짠맛이라는 것을 추정 할 수 있습니다! 그러나 관개 물이 침투하고 황갈색이 물이 포화되면 농도는 7 g/l 미만으로 떨어지고, 경사면의 샘에서 나올 때까지 황갈색의 모공과 골절을 통해 소금이 씻겨지고 강과 멀어집니다. 우리는 염분의 변화로 점토 성분의 강도가 실제로 변화 할 수 있다고 생각했습니다 (일부 점토에서는 초기 강도의 절반 또는 3 분의 1로 감소 할 수 있습니다 [19], [20])
.따라서 또 다른 일련의 테스트에서 "고리 전단 테스트"(실제로, 우리는 토양을 소규모로 시뮬레이션하기 위해 샘플링 된 토양을 압축하고 전단 시켰으며, 천연 수분 함량을 가진 로스 샘플을 며칠 동안 물에 담은 후에도 토양을 신선한 수분 또는 기세 물과 혼합하여 토양을 샘플링 한 후에도 로스 샘플을 사용했습니다. 우리는 예상대로 로스가 물에 의해 포화 될 때 강도가 크게 감소한다는 것을 발견했습니다. 그러나 우리는 이것이 물 자체 (즉, 모세관의 감소) 때문일뿐만 아니라 우리가 사용한 물에 의존한다는 것을 발견했습니다. 짠 물에서 테스트 된 황토는 담수에서 테스트 된 황토보다 강도가 상당히 높았습니다. 그리고 황토를 반복적으로 씻어 자연 소금조차 제거한 후에도 더 낮은 강도를 측정했습니다. 테스트 결과를 살펴보면, 황토의 강도 손실은 물 포화 공정의 50%, 물 화학의 변화에 의해 50%에 기인 한 것으로 보입니다.
우리의 작업에서, 우리는 로스 산사태의 문제를 살펴 보려고 노력했습니다.이 관점은 이상한 이름-화학 기계적 커플 링-무섭지 않으며 토양 특성과 토양과 물 사이의 화학적 상호 작용 사이의 연결을 말합니다. 새로운 분야 (토양에 대한 최초의 화학 역학 연구는 50 년대로 거슬러 올라가는)는 아니지만 최근의 실험실 테스트, 토양 모델링 및 모니터링 기술의 발전 덕분에 엔지니어링 지질 학자, 지반 공학 및 수 문학자들 사이에 새로운 관심을 받고 있습니다. 지난 몇 년간, 우리는 물 속의 일부 물질 (간단한 용해 된 염에서 유기 화합물 및 나노 폴리머까지)이 토양의 강도, 투과성, 심지어 지진에 대한 반응조차도 건물 및 도로 기초를 안정화시킬 수 있으며, 핵 폐기물 방사선에서 우리를 구축 할 수 없으며, 산을 구축 할 수 없을 수도 있습니다. 
소금 한 덩어리가 필요합니다. 매력적이지 않습니까?
이 기사는 Chengdu University of Technology의 Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection (SKLGP)의 주 주요 실험실의 Xuanmei Fan에 의해 기여했습니다. Xuanmei Fan, Gianvito Scaringi 박사 및 Qiang Xu 교수는이 연구를 발표했다. .
참조
- [1] http://www.china.org.cn/travel/2016-11/10/content_39677296.htm
- [2] http://regenerationinternational.org/2016/01/22/a-continuing-inquiry-into-cosystem-restoration-from-chinas-loess-plateau-and-locations-worldwide-and-their-emerging-implications/
- [3] http://www.ecns.cn/visual/hd/2017/03-28/125373.shtml
- [4] https://chinablog.cc/2009/02/yaodong-cave-dwellings-on-loess-plateau/
- [5] https://clare-research-trip.blogspot.com/2011/04/chairman-mao-and-yaodong-cave-dwellings.html
- [6] 예 :Zhang et al. (2009), http://dx.doi.org/10.1007/S10346-008-0135-2
- [7] Wen and He (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.enggeo.2012.08.005
- [8] https://youtu.be/3q-qfnlep4a?t=152
- [9] Helle et al. (2016), https://www.nrcresearchpress.com/action/cookieabest
- [10] Helle et al. (2017a), http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-56487-6_4
- [11] Helle et al. (2017b), http://dx.doi.org/10.1061/ (ASCE) GT.1943-5606.0001774
- [12] Di Maio et al. (2015), http :/dx.doi.org/10.1007/S10346-014-0511-Z
- [13] Di Maio and Scaringi (2016), http :/dx.doi.org/10.1016/j.enggeo.2015.11.007
- [14] Pontolillo et al. (2016), http :/dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.407
- [15] De Rosa et al. (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.443
- [16] http://en.sklgp.com/en/
- [17] http://dx.doi.org/10.13140/rg.2.2.25947.46883
- [18] http://irall.sklgp.com/en/school/index.html
- [19] Di Maio (1996), http://dx.doi.org/10.1680/geot.1996.46.4.695
- [20] Di Maio et al. (2016),
