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核磁共振技术能同时探测土体水分含量与分布
点击次数:137 发布时间:2021-06-24
  吸附水含量随温度的变化是研究黏性土温度效应的核心问题.本文基于核磁共振技术能同时探测土体水分含量与分布,结合毛细水与吸附水在土体中作用的不同吸力范围、冰点值及含量随温度变化的差异性,提出了一种能快速无损测试土体吸附水含量的方法,并通过此方法测得3种不同土质试样吸附水含量随干密度和温度的变化.实验结果表明:室温下,随着干密度的增加,试样中吸附水含量降低,这主要是因为干密度的增加导致了土颗粒间距变小,土颗粒表面的一些扩散双电层出现重叠;未冻土中,吸附水含量随温度的变化趋势同时受土质和温度范围的影响,黏粒含量为70%试样的吸附水含量随温度的升高而升高,而黏粒含量为50%和30%试样的吸附水变化分两个阶段,0°C以上,吸附水含量随着温度的升高而升高,0°C以下,试样中的吸附水含量随温度的升高而降低,且黏粒含量为50%试样变化趋势更明显,但整体上3个试样的吸附水含量随温度的变化很小;在冻融循环升温路径的3.2°C以下,冻土中未冻水主要为吸附水,双对数坐标下吸附水含量Sw与温度(TmT)的比例系数k的范围为0.867~0.744,这与理论值1/3存在较大差异,认为这主要是由试样孔径、土颗粒表面粗糙度和静电力等诸多复杂因素导致.
  土体孔隙中的水,按其存在的状态、性质和流动的方式可分为吸附水、毛细水与重力水3类[1,2].吸附水作为与土颗粒表面直接接触的一类孔隙水,其含量及变化会对土体尤其是黏性土体的各种工程力学特性产生重要的影响.例如,Jaeger等人[3]在利用核磁共振技术探测恒温下壤土膨胀过程时发现吸附水会影响土体的工程力学和物理化学性质.研究表明[4]对于土水间物理化学作用较显著的黏性土,吸附水在土体中的含量是3类孔隙水中最高的,当饱和度在70以下时,吸附作用将是土水作用的主要形式.鉴于吸附水在较大饱和度范围内对土体工程力学和物理化学特性的重要影响,那么对土体中吸附水的含量及其变化的研究工作就具有非常重要的理论和实践意义.
  质子核磁共振技术是一项研究单位体积中质子(即氢核)含量与分布的快速、无损探测技术.由于水中1H的核磁信号较强,且水广泛存在于大自然中,目前基于1H探测的核磁共振技术已广泛应用于医学、地质找水、岩土工程、食品和生物分析等领域[17~19].核磁共振技术在岩土工程中的应用主要集中在岩石孔径分布和吸附水含量的测试[20~22],具体方法为联合T2曲线和压汞曲线换算岩石孔径分布及通过离心方法确定吸附水T2截止值进而测定吸附水含量.但核磁共振技术在土体中的应用并不多.主要是因为相比岩石,作为岩石风化产物的土体,其内部土水间物理化学作用更加活跃,土体结构更加复杂多变,而压汞和离心法都会很大程度的损坏土体结构,从而使得能够成功应用于岩石的孔径分布和吸附水含量的测试方法并不适用于土体.
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