核磁共振技術能同時探測土體水分含量與分布
點擊次數：2722 更新時間：2021-06-24
吸附水含量隨溫度的變化是研究黏性土溫度效應的核心問題.本文基于
核磁共振技術能同時探測土體水分含量與分布,結合毛細水與吸附水在土體中作用的不同吸力范圍、冰點值及含量隨溫度變化的差異性,提出了一種能快速無損測試土體吸附水含量的方法,并通過此方法測得3種不同土質試樣吸附水含量隨干密度和溫度的變化.實驗結果表明:室溫下,隨著干密度的增加,試樣中吸附水含量降低,這主要是因為干密度的增加導致了土顆粒間距變小,土顆粒表面的一些擴散雙電層出現重疊;未凍土中,吸附水含量隨溫度的變化趨勢同時受土質和溫度范圍的影響,黏粒含量為70%試樣的吸附水含量隨溫度的升高而升高,而黏粒含量為50%和30%試樣的吸附水變化分兩個階段,0°C以上,吸附水含量隨著溫度的升高而升高,0°C以下,試樣中的吸附水含量隨溫度的升高而降低,且黏粒含量為50%試樣變化趨勢更明顯,但整體上3個試樣的吸附水含量隨溫度的變化很小;在凍融循環升溫路徑的?3.2°C以下,凍土中未凍水主要為吸附水,雙對數坐標下吸附水含量Sw與溫度(Tm?T)的比例系數k的范圍為?0.867～?0.744,這與理論值?1/3存在較大差異,認為這主要是由試樣孔徑、土顆粒表面粗糙度和靜電力等諸多復雜因素導致.
土體孔隙中的水,按其存在的狀態、性質和流動的方式可分為吸附水、毛細水與重力水3類[1,2].吸附水作為與土顆粒表面直接接觸的一類孔隙水,其含量及變化會對土體尤其是黏性土體的各種工程力學特性產生重要的影響.例如,Jaeger等人[3]在利用核磁共振技術探測恒溫下壤土膨脹過程時發現吸附水會影響土體的工程力學和物理化學性質.研究表明[4]對于土水間物理化學作用較顯著的黏性土,吸附水在土體中的含量是3類孔隙水中最高的,當飽和度在70以下時,吸附作用將是土水作用的主要形式.鑒于吸附水在較大飽和度范圍內對土體工程力學和物理化學特性的重要影響,那么對土體中吸附水的含量及其變化的研究工作就具有非常重要的理論和實踐意義.
質子核磁共振技術是一項研究單位體積中質子(即氫核)含量與分布的快速、無損探測技術.由于水中1H的核磁信號較強,且水廣泛存在于大自然中,目前基于1H探測的核磁共振技術已廣泛應用于醫學、地質找水、巖土工程、食品和生物分析等領域[17~19].核磁共振技術在巖土工程中的應用主要集中在巖石孔徑分布和吸附水含量的測試[20~22],具體方法為聯合T2曲線和壓汞曲線換算巖石孔徑分布及通過離心方法確定吸附水T2截止值進而測定吸附水含量.但核磁共振技術在土體中的應用并不多.主要是因為相比巖石,作為巖石風化產物的土體,其內部土水間物理化學作用更加活躍,土體結構更加復雜多變,而壓汞和離心法都會很大程度的損壞土體結構,從而使得能夠成功應用于巖石的孔徑分布和吸附水含量的測試方法并不適用于土體.
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