黄土は、石英、長石、雲母のミクロンサイズの粒子、炭酸カルシウムと炭酸マグネシウム、および最大 30% の粘土でできた風に吹かれた堆積物です。その起源の結果として、水の浸透と地下循環を促進する高い多孔性と垂直方向のジョイントがあります。厚い黄土の堆積物は「問題のある土壌」と見なされます。なぜなら、それらは突然大量に崩壊し、破壊的な地滑りを引き起こす可能性があるからです.
黄土は世界中に広がっていますが、最大かつ最も厚い堆積物は中国にあり、630,000 km2 以上をカバーしています。その中で、中国北西部の黄土高原が最大です。乾燥した気候のため、この地域に住む人々は、栽培のために黄河から汲み上げた灌漑用水に大きく依存しています。彼らは、数十メートルの深さまで大量の水が浸透する「浸水法」を年に数回使用します。
黄土とは?
黄土は岩石ではありません。炭酸塩の結晶による固着が不十分な土壌ですが、その強度の大部分は、土壌が不飽和の場合に土壌の細孔内の水分によって発揮される毛細管力に由来します (これは、黄土の自然条件です)。これらの乾燥地帯）。粘土成分は、その吸湿性 (水を保持することができる) により、黄土が美しい地形を示すことができるおかげで、そのような力を発達させる上で重要な役割を果たします [1]、[2]、[3]。洞窟住居を掘るために地元の人々によって何年にもわたって[4]、[5].
いくつかの研究は、黄土高原での集中的な灌漑が、毎年発生する地滑りの数の増加と相関していることを示しました。これは、おそらく、土壌の深い層での水分の増加と、その結果としての毛細管力の減少と、土壌のゆっくりとした溶解のためです。炭酸セメント[6].
しかし、それだけではありません。 2012 年に Engineering Geology に掲載された研究 [7] は、私たちの研究地域 (甘粛省の Heifangtai テラス) の黄土高原のふもとに、ミネラル化された水の多くの泉と塩の付着物が見られることを示しました。泉は実質的に、黄土に浸透し、地下を移動し、黄土に自然に含まれるミネラル (主に NaCl - 食卓塩! - とカルシウムとマグネシウムの炭酸塩と硫酸塩) が豊富になった後、黄土から流出する灌漑用水です。
大規模な失敗を起こしやすい不安定な黄土土
粘土は、細孔内の塩の存在に非常に敏感です。膨張したり収縮したりし、淡水 (弱い行動) または塩水 (強い) と接触すると、強度と剛性が大きく変化する可能性があります。その効果は非常に大きく、「クイック クレイ」（スカンジナビア諸国やカナダで一般的な不法粘土の一種）で作られたスラリーに塩を加えると、スラリーが固体に変わります。 YouTube のノルウェー地質工学研究所 [8])、および塩柱は、粘土堆積物と粘土地すべりを安定させるための生態学的代替手段としてテストされています (ノルウェーの NTNU [9]、[10]、[11] の作業を参照してください)。 Unibas [12]、[13]、[14]、[15]イタリア.
したがって、私たちの研究課題は、黄土の強度と破壊的な地滑りを引き起こす可能性を少なくとも部分的に制御するのは、おそらく黄土の塩分でしょうか?そこで、私たちは成都のSKLGP研究所で実験プログラムを考案しました[16] (ちなみに、私たちは5人の新しいポスドクを公募しています[17]。大規模な地滑り![18]).
黄土サンプルのテスト
1 つの一連のテストは非常に単純でした。ある量の乾燥黄土を計量し、畑から集めた灌漑用水を加えました。攪拌し、容器を密閉し、懸濁液を 1 日、3 日、… 1 か月以上静置しました。 1日後、3日後など、水溶液の化学組成を分析して塩分がどのくらい溶けているかを分析し、それとは別に黄土粒子を分析して大きさや形が変化したかどうかを調べました。実際、黄土の骨材が崩壊し、炭酸塩が溶解し始め、粘土の粒子が膨らみました (走査型電子顕微鏡で黄土の粒子と粘土片の素晴らしい写真を撮りました)。ほとんどの NaCl は灌漑用水に非常に急速に溶解しましたが、炭酸塩 (予想通り) は実験中に少量しか溶解しませんでした。これは、その反応がはるかに遅く、溶液の pH に依存するためです.
化学分析のおかげで、自然の不飽和状態では、黄土の粒子がくっつくのを助ける少量の水は、実際には非常に塩分が高く (55 グラム/リットル)、海水よりもはるかに塩分が高い (35 g/リットル) と見積もることができました。 ）！しかし、灌漑用水が浸透して黄土が水で飽和すると、濃度は 7 g/L 未満に低下し、塩分は黄土の細孔や割れ目から洗い流され、根元の泉から出てきます。坂を下り、川とともに去っていきます。このような塩分の変化により、粘土成分の強度は非常に大きく変化する可能性があると考えました (一部の粘土では、最初の強度の半分または 3 分の 1 にまで減少する可能性があります[19]、[20] )
そのため、別の一連のテストである「リングせん断テスト」（実際には、地滑りの開始と進化を小規模でシミュレートするために、サンプリングされた土壌を圧縮およびせん断しました）では、自然含水量の黄土サンプルを使用しました。または、数日間水に浸した後、および土壌を一定量の淡水または塩水と混合して調製した黄土のサンプル。予想通り、黄土が水で飽和状態になると強度が著しく低下することがわかりました。しかし、これは水自体によるもの (つまり、毛細管力の減少によるもの) だけでなく、使用した水にも依存することもわかりました。塩水で試験した黄土は、淡水で試験した黄土よりもかなり高い強度を示しました。そして、黄土の天然塩分まで洗い流すことを繰り返した後、さらに低い強度を測定しました。テスト結果を見ると、黄土の強度低下の 50% は水飽和プロセスに起因し、50% は水の化学的性質の変化に起因するようです.
私たちの研究では、黄土地すべりの問題を別の視点から見ようとしました。化学機械結合という奇妙な名前が付いていますが、怖くはありません。単に土壌の特性と化学物質との間の関連性を指しています。土と水の相互作用。これは新しい分野ではありませんが (土壌に関する最初の化学機械的研究は 1950 年代にさかのぼります)、実験室での試験、土壌モデリング、および監視技術。過去数年間、私たちは、水中のいくつかの物質 (単純な溶解塩から有機化合物やナノポリマーまで) の存在が、土壌の強度、浸透性、さらには地震への応答を変化させ、建物を安定させ、道路の土台は、核廃棄物の放射線から私たちを守り、地滑りを引き起こし、コンクリートの壁を建設したり山の形を変えたりすることなく、地滑りを目に見えないように止めることができます.
ほんのひとつまみの塩が必要です。魅力的ですね。
この記事は、成都工科大学地質災害防止・地質環境保護国家重点研究所（SKLGP）の Xuanmei Fan によって寄稿されました。 Xuanmei Fan、Dr. Gianvito Scaringi、および Prof. Qiang Xu は、Engineering Geology .
参考文献
- [1] http://www.china.org.cn/travel/2016-11/10/content_39677296.htm
- [2] http://regenerationinternational.org/2016/01/22/a-continuing-inquiry-into-ecosystem-restoration-examples-from-chinas-loess-plateau-and-locations-worldwide-and-それらの新たな影響/
- [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] 例:張ら。 (2009)、http://dx.doi.org/10.1007/s10346-008-0135-2
- [7] ウェンと彼 (2012)、http://dx.doi.org/10.1016/j.enggeo.2012.08.005
- [8] https://youtu.be/3q-qfNlEP4A?t=152
- [9] ヘレら。 (2016)、https://www.nrcresearchpress.com/action/cookieAbsent
- [10] ヘレら。 (2017a)、http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-56487-6_4
- [11] ヘレら。 (2017b)、http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001774
- [12] ディマイオら。 (2015)、http:/dx.doi.org/10.1007/s10346-014-0511-z
- [13] ディ マイオとスカリンギ (2016)、http:/dx.doi.org/10.1016/j.enggeo.2015.11.007
- [14] ポントリロら。 (2016)、http:/dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.407
- [15] De Rosa ら。 (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] ディ マイオ (1996)、http://dx.doi.org/10.1680/geot.1996.46.4.695
- [20] ディマイオ他。 (2016)、
