不同荷載水平及速率下超軟土水相核磁共振試驗研究

近些年來, 核磁共振作為一個跨學科的測試技術方法用于研究不同砂巖巖石、催化劑、膠體和生物組織,并且越來越多地應用于包括巖土介質在內的各種材料物理及幾何特征測試及估算,如用于水泥在水漸進析出變化狀態下各類凝膠孔隙水特征; 巖體含水層范圍測試及其巖石孔隙度、滲透率、導水系數估算,以及在石油及其開采領域所涉及介質的分析應用等.該技術方法亦推廣應用于主要由細觀礦物及含水孔隙構成的軟土的相關分析研究. 下面簡單介紹在取之于實際工程的淤泥土的不同類型荷載水平及速率試驗基礎上, 進行核磁共振水相測試, 以探索何種荷載水平及速率下飽和超軟土(淤泥)中結合水(主要為弱結合水) 可轉化為自由水及與轉化量的可能對應關系, 以為地基工程設計提供基礎.

核磁共振T2譜圖/水分分布情況
T2 弛豫時間反映了樣品內部氫質子所處的化學環境, 與氫質子所受的束縛力及其自由度(水分狀態) 有關, 而氫質子的束縛程度又與樣品的內部結構有密不可分的關系. 在多孔介質中, 孔徑越大,存在于孔中的水弛豫時間越長; 孔徑越小, 存在于孔中的水受到的束縛程度越大, 弛豫時間越短.下圖所示為15個淤泥土樣品的T2弛豫譜圖。上圖所示為15個淤泥土樣品的T2弛豫譜圖。

下圖可清楚觀察到, 相對于測試前, 真三軸(圍壓100 kPa, 豎向沖擊荷載水平100 kPa, 加載速率1.6 MPa/s 及以下) 不同頻率試驗樣品的個峰值基本無變化。表明該種荷載頻率及水平下非自由水基本不會轉化為自由水;相對于測試前, 高速沖擊荷載下非自由水可轉化為自由水, 而且沖擊總能量越大, 就越易析出自由水. 此外, 由圖4 (c) 可見, 樣品所受到側限約束剛度對非自由水轉化為自由水的影響可忽略. 更多詳情請參考文獻 “不同荷載水平及速率下超軟土水相核磁共振試驗研究”《物理學報》Vol. 63, No. 1 (2014) 018202