前沿应用|基于核磁共振技术的土凝岩土体改良孔隙水分布特征表征

研究案例 

基于低场核磁土体在压实、饱和及干燥过程中的孔隙水分布特征

样品来源：实验所用土料为取自中国北京延庆区的粉质黏土。

预处理：土样首先在105°C下烘干，然后在密封袋中冷却备用。

样品配置：使用聚四氟乙烯（PTFE）环刀（内径45.0mm，高20.0mm）制备试样，制备方案涵盖了不同压实度（80%, 85%, 90%, 95%, 100%）和不同初始含水率（12%, 16.5%, 20%）的组合。

孔隙水分布（PWD）测量：PWD测量采用低场核磁共振（NMR）技术，其核心在于将NMR测得的T?谱转化为具有明确物理意义的孔隙水分布曲线。

图一基于核磁划分水分类型：

强束缚水：通过范德华力紧密吸附在黏土颗粒表面；

团聚体内孔隙水：填充在黏土颗粒聚集而成的“团聚体”内部孔隙中；

团聚体间孔隙水：存在于团聚体间的宏观孔隙，是土壤中最自由、最容易被排出的水。

分布模型清晰的展示了不同水组分的在土体内部的位置。

图二显示了不同压实度下饱和压制成型试样的孔隙水分布特征：表明随着压实度的提高，孔隙水含量总体上呈现下降趋势。这说明压实过程中，土壤的孔隙空间被压缩，导致孔隙水含量减少。

图三显示在较低的初始含水率下（w12），曲线呈单峰形态，表明土壤颗粒尚未充分聚集形成团聚体结构。当初始含水率增至（w16）和（w20）时，曲线转变为双峰形态，这标志着土壤颗粒已经聚集成团，形成了典型的“团聚体内孔隙”和“团聚体间孔隙”并存的二元结构。

图四为基于核磁共振技术的土壤干燥过程，两个阶段：

阶段1（图四a）?：在干燥初期，随着饱和度从100%开始下降，对应较大孔隙被迅速排出。其中第一个峰值反而会暂时升高，这是因为大孔隙中的水被空气取代后，不连续的水可能被识别为较小孔隙中的水，导致孔隙水含量的“假性”增加。

阶段2（图四b）?：随着干燥继续进行，曲线面积随饱和度降低而减小，表明土壤整体水量下降。在团聚体间孔隙水完全排出后，团聚体内孔隙水含量开始快速减少。同时，整个曲线向左移动，反映了土壤干燥过程中的收缩现象。

该案例利用低场核磁技术，对土体中的水组分进行了划分，同时研究了其在压实、饱和及干燥过程中的水分布特征，为土凝岩土体改良孔隙水分布特征的表征提供支持。

参考文献 

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