경사지에서의 곡물 용해 효과

Sep 08, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22203(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

자연 또는 인공 경사면의 정적 및 동적 안정성은 용해 또는 용해와 유사한 현상에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 그러나 그 기본 메커니즘은 아직 불분명합니다. 새로운 실험 결과와 이산 요소 시뮬레이션은 경사 거동에 대한 광물 용해의 결과에 대한 입자 수준 및 거시적 규모의 정보를 제공합니다. 미세 규모에서는 용해 입자 주변에서 하중을 전달하는 입자 아치가 발달하고 다공성이 증가하며 접촉력 체인이 진화하여 벌집 형태를 형성합니다. 거시적 규모에서는 수직 침하가 일반적인 변형 패턴인 반면, 준정적 입상 손실 하에서도 경사지에서는 대량 낭비를 일으키는 측면 입상 운동이 두드러집니다. 수평 입자 변위는 표면에서 최대이고 경사면으로부터의 거리에 따라 선형적으로 감소하여 바닥 경계에서 0이 됩니다. 이는 깊이를 따른 수직 입자 변위와 유사합니다. 마찰각이 작고 경사가 가파른 퇴적물은 수직 및 수평 모두에서 더 큰 변위를 경험합니다. 경사면은 용해 후 더 평평해지며, 경사각의 감소는 지표 고도 손실(ΔH/Ho)과 직접적으로 관련됩니다. 그러나 용해로 인해 발생하는 다공성 직물로 인해 수직 단축은 고체 질량 분율 손실(ΔH/Ho≒SF)로 추정되는 상한보다 작습니다. 물이 포화된 조건에서 용해 후 직물은 갑작스러운 배수되지 않은 전단 및 경사 슬라이드로 이어질 수 있습니다.

용해 및 재침전은 널리 퍼져 있고 지속적인 속성 발생 과정입니다. 화학 공정의 시간 척도는 일반적으로 상당히 길며 "토양의 불활성 가정"은 많은 엔지니어링 응용 분야에 적용됩니다. 그러나 침투로 인한 탄산염 용해와 같은 대류 체제와 댐 기초, 광산 광미, 비산재, 화산재 및 화산재와 같은 젊은 시스템에서 시스템이 평형 상태에서 멀리 떨어져 있을 때 용해 및 강수는 비교적 짧은 시간 내에 발생할 수도 있습니다. CO2 주입1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13.

폐기물은 구성 요소가 갑자기 평형을 벗어난 새로운 환경 조건에 노출되기 때문에 특히 용해 및 분해에 취약합니다. 광산 광미 및 비산재 연못에서 나오는 중금속 및 산성 배수는 진행 중인 용해 과정의 초기 징후입니다14,15. 마찬가지로, CaO 및 CaSO4를 포함한 비산회의 일부 구성 요소는 용해도가 높습니다16,17. 석탄재 알갱이의 용해는 불안정성과 붕괴에 기여합니다. 반면에, 제올라이트 및 필립사이트와 같은 새로운 광물이 침전될 수 있습니다19,20. 용해 및 재침전으로 인해 부서지기 쉽고 수축성이 있으며 일단 교란되면 액화되기 쉬운 다공성 시멘트 퇴적물이 생성됩니다. 고상 손실로 인한 경사 불안정 가능성은 폐기물 처리(유기 폐기물, 광산 광미 및 석탄재 포함)에 영향을 미칠 수 있습니다.

많은 자연적 지반 이동에는 비록 광물 용해가 반드시 필요한 것은 아니지만 어떤 형태로든 고체상 손실이 수반됩니다. 얼음 바늘과 분리된 얼음이 녹는 것과 관련된 반복적인 일주 또는 계절적 동결-해동은 용해성이라고 불리는 내리막 래치팅 운동을 유발합니다21,22,23,24. Carsington 댐의 붕괴는 기초층25,26 내에 기존의 용해 전단면을 따라 발생했습니다. 최근 수십 년 동안 높은 산과 극지방의 영구 동토층이 줄어들면서 산사태가 점점 더 많이 발생하고27,28,29,30 암석 구조가 불안정해졌습니다31,32.

마찬가지로 가스 하이드레이트 해리는 Storegga Slide38,39 및 Trænadjupet Slide40,41에서 볼 수 있는 대규모 해저 산사태33,34,35,36,37의 주요 원인 중 하나입니다. 수화물 해리는 고체 질량 손실을 수반할 뿐만 아니라 가스 생성 및 팽창을 수반하여 현저한 과잉 공극 압력 생성 및 효과적인 응력 손실을 초래합니다33,42. 가스 수화물 해리는 해수면 변동43 및 해수 온도 상승44에 의해 자연적으로 촉발될 수 있으며 플랫폼 기초 근처에서는 피할 수 없습니다34,45. 또한, 가스 생산을 위해 의도적으로 용해를 일으킬 수도 있습니다46.