CN113228872A - 一种酸性黑色岩层边坡的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，属于黑色岩层边坡的防止风化与修复措施技术领域。本发明修复方法包括平整边坡、土壤酸性普查、喷射石灰石层、铺设第一种植土层、加入嗜酸性干菌粉、铺设第二种植土层、种植耐性植物、养护管理。本发明可将大部分游离态二价铁、还原态的硫化物消除，并使边坡土体中酸性渗流恢复中性，同时隔绝了边坡黑色页岩岩体与空气的接触，极大地减缓了化学风化作用，从而避免了后续会出现的溶浊、蚀变从及解理裂隙发育的情况所导致的边坡失稳情况，对于边坡上植被的恢复也有极大作用，修复方法不需要大规模土工作业，成本低廉，不会对周围环境造成二次污染。

Description

一种酸性黑色岩层边坡的修复方法

技术领域

本发明涉及黑色岩层边坡的防止风化与修复措施技术领域，具体涉及一种酸性黑色岩层边坡修复方法。

背景技术

富含黄铁矿等还原性硫化物的黑色岩层在我国分布广泛，因构造运动或人类工程活动暴露在大气中的黑色岩层，在溶解氧参与的水化学作用下极易生成酸性水和一些具有膨胀性的硫酸盐。由酸性水引起的岩层组分、结构和构造的迅速改变，不仅发生于本身岩层上，造成岩石破坏、周围的土壤酸化，而且能促使它邻近岩层以及与之接触的工程建筑物中有关建筑材料的腐蚀，由此而产生的生态环境、边坡防护失效问题非常突出。裸露出的黑色岩层边坡一般分为三种风化类型：未风化、半风化、全风化。通常黑色岩层边坡土壤酸性强弱主要与边坡内部半风化或未风化黑色页岩中分散状分布的黄铁矿为主的硫化矿物的含量相关。含有溶解氧的大气降水或地表水沿地质体空隙进入黑色岩层边坡内部并发生化学反应生成酸性水，易于溶蚀边坡内部的其他组成矿物或胶结物，进而导致岩体结构破坏，造成整体边坡力学强度的劣化。

目前，生态修复的主流措施是以当地耐性植物为基础的植物修复措施，耐性植物可以在pH值偏低于普通土壤的环境下正常生长。在先锋植物成功种植生长之后再根据现场实际情况适当从植物多样性的方面增添新的耐酸性植物。但黑色岩层不管是在风化还是未风化状态下都缺乏营养物质，植物成活率低，导致生态恢复困难。此外，若边坡处于未风化状态，则无可用种植土壤，无法有效进行植物生态修复。

发明内容

本发明解决的技术问题是目前还没有简单有效的针对酸性黑色岩层边坡的修复方法。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种酸性黑色岩层边坡修复方法，包括如下步骤：

S1.平整边坡坡面；

S2.对边坡坡面进行网格划分，取样测定不同区域土壤的pH值；

S3.根据不同区域土壤的pH值确定酸性中和剂的使用量，铺设酸性中和层；

S4.在已铺设的酸性中和层上铺设第一种植土层；

S5.在第一种植土层上均匀撒入干菌粉，所述干菌粉包括氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌；

S6.铺设第二种植土层；

S7.选择耐性强的植物进行植被恢复。

优选的，S2采用五点式取样，即在每个网格的四角偏内以及中心取样，保证所取土样的PH值具有一定的代表性。

优选的，S2取样深度为15cm～20cm。

优选的，S3酸性中和剂为石灰石。

优选的，S4第一种植土层为含有有机质和弱碱性草木灰的营养土。

优选的，S5氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌的重量比为2～4：0～4：2～5。

优选的，S6第二种植土层厚度为100-120mm。

优选的，S6第二种植土层为含有有机质和腐殖土的营养土。

优选的，在第一种植土层上均匀撒入干菌粉后先铺设薄泥浆层，再铺设第二种植土层。

优选的，薄泥浆层厚度控制在3～4cm。

优选的，S7植物种植完成之后铺洒一层植物碎屑。

本发明所产生的有益效果为：

本发明提供一种用于黑色边坡修复方法，既能有效的防止黑色边坡的风化进程，又能将处于已风化状态的边坡中酸性孔隙水及硫化合物通过嗜酸性细菌消耗掉，既防止了表层继续风化遇水进入孔隙中产酸性孔隙水，又将已产生的酸性水中和，很好的保护了边坡的整体结构；

本发明以硫化亚铁成分与空气及含溶解氧的地表水接触发生氧化反应产酸为主要切入点，从源头上解决了产酸问题，同时避免了后续因酸性水进入内部而发生的溶蚀、溶解现象，从而保护了边坡的内部结构；

本发明提供一种含硫黑色边坡酸性改良与植被恢复方法，没有大量土工作业，工程可以一次成型，不会对坡面造成影响与污染，在利用土层以及其他层面隔绝黑岩和空气接触发生氧化的同时，又可以快速恢复表层植被。

具体实施方式

本发明修复过程按照一定的先后顺序进行面层铺设，原理在于：因为黑色岩层边坡易于风化并产生酸性孔隙水，为了最大化起到中和酸性水的效果，所以需要将中和层直接与边坡接触；不同的种植土层所起的作用也不尽相同，第一种植土层主要起到缓冲带作用，其次为植物生长所需，同时也为细菌提供较好的初始生长条件，而第二种植土层主要起到植生作用；而干菌粉设置在第一和第二种植土层的中间，可为菌种的初始生长到脱硫嗜酸提供一个缓冲带作用，更好的发挥菌种的效果。

作为一种优选的实施方式，在第一种植土层上均匀撒入干菌粉后先铺设薄泥浆层，再铺设第二种植土层，可隔绝硫化亚铁与空气发生氧化反应，同时薄泥浆层还可提供菌种生长中所需水分。

本发明在第一种植土层中撒入干菌粉，可以将未施工前原边坡已产生的酸性硫化物消耗掉，使其恢复正常pH值，本发明干菌粉由氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌组成，氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌均为嗜酸性细菌，同时可氧化二价铁、氧化元素硫和呈还原性的硫化合物，而假单胞菌能够消耗孔隙水中的氧含量，进而降低还原性矿物的氧化进程，但同时也可加速土体风化进程，所以全风化类型边坡少添加或不添加。

本发明为了使边坡修复达到更好的效果，进一步根据不同风化程度的黑色岩层边坡，对干菌粉的组成进行调整，对于全风化类型边坡干菌粉少添加或不添加假单胞菌。本发明采用的干菌粉通过以下两方面对边坡进行修复：1、加速脱硫进程，随之马上利用中和层中和酸性，防止其形成酸性水出现溶蚀、溶解等危害边坡结构安全性的情况出现；2、利用菌种的嗜酸性消耗掉一部分酸性化合物。通过干菌粉的加入以及对干菌粉组成的调整，可有效改善黑色岩层边坡因酸性而后续产生的溶蚀、溶解等不良现象。

本发明还利用表层植物碎屑层防止植物生长初期遇降水而产生水土流失，同时也可以作为有机质作为植物生长的肥料；选用的植物种类有干旱土耐酸植物和湿成土耐酸植物，可以适应不同的气候环境，使得植被恢复后达到边坡的景观效果。

进行种植后植物的生长养护与管理，具体根据后期植被种子的生长情况适当补种，确保多样性要求。

实施例1

对某全风化状态下的黑色岩层边坡进行酸性改良与植被恢复，步骤如下：

S1、按照现场边坡地貌和设计施工图纸，对边坡进行平整坡面操作，确保整个将要进行施工的坡面无明显的凸起与凹陷；

S2、将边坡坡面进行网格划分，在每个划分的方形网格中取深度为15cm～20cm的土样均匀的混合在一起，在方格中取样是采用五点式取样，即在每个网格的四角偏内以及中心取样，保证所取土样的pH值具有一定的代表性，测定pH值后即得到了每个方格区域土壤的酸性强弱度；

S3、根据步骤S2中所得的pH值，确定每个区域的酸性中和剂(石灰石粉)的使用量，随后开始喷射石灰石粉面层，作为酸性中和层；

S4、在已铺设的石灰石粉面层上铺设第一种植土层，种植土层为含有有机质和弱碱性草木灰的营养土；

S5、在第一种植土层上均匀撒入干菌粉，所述干菌粉由氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌组成，氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌的重量比为4:5，氧化亚铁硫杆菌和假单胞菌均为嗜酸性细菌，同时其中的氧化亚铁硫杆菌可氧化二价铁、氧化元素硫和呈还原性的硫化合物，此步骤所加入的干菌粉可有效改善黑色岩层边坡因酸性水而后续产生的溶蚀、溶解等不良现象；

S6、喷射一层薄泥浆层后铺设第二种植土层，第二种植土层的土壤组成与第一种植土层相同；

S7、在植物多样性的要求下选择耐性强的植物进行植被恢复，植物种植完成之后铺洒一层植物碎屑，以减轻降雨带来的土壤流失情况，所种植植物种类有象草、香茅、狗尾草、燕麦草和紫花苜蓿；

S8、进行种植后植物的生长养护与管理，根据后期植被种子的生长情况适当补种，确保多样性要求。

植物种植半年后，植物生长状况较好，对整个边坡的覆盖率达60％以上。对边坡取深度15CM到25CM的土壤样品，呈现弱酸性，酸性硫化合物含量较改良前大幅下降；植物种植一年后，植物生长状况良好，覆盖率到90％以上，期间经历数场降雨，坡面未出现积水、涌水等现象，第一、第二种植层pH值处于正常水平；在菌粉、石灰石粉和植物根系的作用下解决了黑色边坡内源性酸性水溶蚀溶解问题，又利用上层植被与土壤隔绝了空气，防止黑色岩层风化产酸。边坡的酸性改良与植被恢复效果明显。

实施例2

对某半风化状态下的黑色岩层边坡进行酸性改良与植被恢复，步骤如下：

S1、按照现场边坡地貌和设计施工图纸，对边坡进行平整坡面操作确保整个将要进行施工的坡面无明显的凸起与凹陷；

S2、将边坡坡面进行网格划分，在每个划分的方形网格中取深度为15cm～20cm的土样均匀的混合在一起，在方格中取样是采用五点式取样，即在每个网格的四角偏内以及中心取样，保证所取土样的PH值具有一定的代表性，测定PH值后即得到了每个方格区域土壤的酸性强弱度；

S3、根据步骤S2中所得的pH值，确定每个区域的酸性中和剂(石灰石粉)的使用量，随后开始喷射石灰石粉面层，作为酸性中和层；

S4、在已铺设的石灰石粉面层上铺设第一种植土层，种植土层为含有有机质和弱碱性草木灰的营养土；

S5、在第一种植土层上均匀撒入干菌粉，所述干菌粉有氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌组成，氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌菌粉和氧化硫硫杆菌的重量比为3:4:4，氧化亚铁硫杆菌和假单胞菌均为嗜酸性细菌，同时其中的氧化亚铁硫杆菌可氧化二价铁、氧化元素硫和呈还原性的硫化合物，此步骤所加入的干菌粉可有效改善黑色岩层边坡因酸性而后续产生的溶蚀、溶解等不良现象；

S6、喷射一层薄泥浆层后铺设第二种植土层，第二种植土层的土壤组成与第一种植土层相同；

S7、在植物多样性的要求下选择耐性强的植物进行植被恢复，植物种植完成之后铺洒一层植物碎屑，以减轻降雨带来的土壤流失情况，所种植植物种类有象草、香茅、狗尾草、燕麦草和紫花苜蓿；

S8、进行种植后植物的生长养护与管理，根据后期植被种子的生长情况适当补种，确保多样性要求。

植物种植半年后，植物生长状况较好，对整个边坡的覆盖率达70％以上。对边坡取深度10CM到20CM的土壤样品，呈现中性，酸性硫化合物含量极少；植物种植一年后，植物生长状况良好，覆盖率到90％以上，期间经历数场降雨，坡面未出现积水、涌水等现象，第一、第二种植层PH值处于正常水平；在菌粉、石灰石粉和植物根系的作用下解决了黑色边坡内源性酸性水溶蚀溶解问题，又利用上层植被与土壤隔绝了空气，防止黑色岩层风化产酸。边坡的酸性改良与植被恢复效果明显。

实施例3

对某未风化状态下的黑色岩层边坡进行酸性改良与植被恢复，步骤如下：

S1、按照现场边坡地貌和设计施工图纸，对边坡进行平整坡面操作确保整个将要进行施工的坡面无明显的凸起与凹陷；

S2、将边坡坡面进行网格划分，在每个划分的方形网格中取深度为15cm～20cm的土样均匀的混合在一起，在方格中取样是采用五点式取样，即在每个网格的四角偏内以及中心取样，保证所取土样的PH值具有一定的代表性。测定pH值后即得到了每个方格区域土壤的酸性强弱度；

S3、根据步骤S2中所得的pH值，确定每个区域的酸性中和剂(石灰石粉)的使用量，随后开始喷射石灰石粉面层，作为酸性中和层；

S4、在已铺设的石灰石粉面层上铺设第一种植土层，种植土层为含有有机质和弱碱性草木灰的营养土；

S5、在第一种植土层上均匀撒入干菌粉，所述干菌粉有氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌组成，氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌菌粉和氧化硫硫杆菌的重量比为2:1:2，氧化亚铁硫杆菌和假单胞菌均为嗜酸性细菌，同时其中的氧化亚铁硫杆菌可氧化二价铁、氧化元素硫和呈还原性的硫化合物，此步骤所加入的干菌粉可有效改善黑色岩层边坡因酸性而后续产生的溶蚀、溶解等不良现象；

S6、喷射一层薄泥浆层后铺设第二种植土层，第二种植土层的土壤组成与第一种植土层相同；

S7、在植物多样性的要求下选择耐性强的植物进行植被恢复，植物种植完成之后铺洒一层植物碎屑，以减轻降雨带来的土壤流失情况，所种植植物种类有象草、香茅、狗尾草、燕麦草和紫花苜蓿；

S8、进行种植后植物的生长养护与管理。根据后期植被种子的生长情况适当补种，确保多样性要求。

植物种植半年后，植物生长状况较好，对整个边坡的覆盖率达90％以上。酸性硫化合物含量与植被恢复前保持在极低的水平，不会对边坡造成影响；植物种植一年后，植物生长状况良好，覆盖率到95％以上，期间经历数场降雨，坡面未出现积水、涌水等现象，第一、第二种植层pH值处于正常水平；利用上层植被、种植土层和石灰石粉层隔绝了空气，防止黑色岩层风化产酸。边坡的植被恢复效果明显。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，其特征在于包括如下步骤：

S1.平整边坡坡面；

S2.对边坡坡面进行网格划分，取样测定不同区域土壤的pH值；

S3.根据不同区域土壤的pH值，确定酸性中和剂的使用量，铺设酸性中和层；

S4.在已铺设的酸性中和层上铺设第一种植土层；

S5.在第一种植土层上均匀撒入干菌粉，所述干菌粉包括氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌；

S6.铺设第二种植土层；

S7.选择耐性强的植物进行植被恢复。

2.根据权利要求1所述的一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，其特征在于：S2采用五点式取样；S2取样深度为15cm～20cm。

3.根据权利要求1或2所述的一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，其特征在于：S3所述酸性中和剂为石灰石。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，其特征在于：S4所述第一种植土层为含有有机质和弱碱性草木灰的营养土。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，其特征在于：S5所述氧化亚铁硫杆菌、假单胞菌和氧化硫硫杆菌的重量比为2～4：0～4：2～5。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种酸性黑色岩层边坡的修复方法，其特征在于：S6所述第二种植土层厚度为100-120mm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种酸性黑色岩层边坡修复方法，其特征在于：S6所述第二种植土层为含有有机质和腐殖土的营养土。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种酸性黑色岩层边坡修复方法，其特征在于：在第一种植土层上均匀撒入干菌粉后先铺设薄泥浆层，再铺设第二种植土层。

9.根据权利要求8所述的一种酸性黑色岩层边坡修复方法，其特征在于：所述薄泥浆层厚度控制在3～4cm。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种酸性黑色岩层边坡修复方法，其特征在于：S7植物种植完成之后铺洒一层植物碎屑，植物碎屑包括落叶和碎秸秆。