科普文章-核磁共振在巖土工程中的應(yīng)用

核磁共振（NMR）是一種利用核磁共振現(xiàn)象進行物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的技術(shù)。在巖土工程領(lǐng)域，核磁共振技術(shù)可以用于土壤和巖石的物理學(xué)特性研究，也可以用于研究顆粒之間分子流場的變化。這種技術(shù)的應(yīng)用，為巖土工程提供了非常重要的參考依據(jù)。

（圖片來源端牢能源飯碗 鑄造實體強國——低場核磁共振為能源人的底氣加油助力！- 分析行業(yè)新聞 (antpedia.com)）

土壤和巖石是巖土工程中最基礎(chǔ)的地質(zhì)材料。通過核磁共振技術(shù)，我們可以研究土壤和巖石的各項物理學(xué)性質(zhì)，如顆粒大小、孔隙度、水分狀況等等。T2譜積分面積與巖心孔隙中流體含氫量成正比， 通過標(biāo)定得到核磁信號與孔隙度的相關(guān)關(guān)系可以獲取待測巖樣核磁孔隙度。

在進行開挖和基礎(chǔ)工程設(shè)計過程中，將土壤和巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究與分析作為一個前期的所必須的過程。目前，通過核磁共振技術(shù)能夠在不破壞土壤和巖石樣本的條件下獲得各種信息，如土壤和巖石中水分的分布情況、形態(tài)學(xué)特征、結(jié)構(gòu)等等，這對于巖土工程的設(shè)計和實現(xiàn)起到了至關(guān)重要的作用?？紫读黧w識別（如圖2所示） 是二維核磁共振技術(shù)在巖心分析領(lǐng)域最基本的應(yīng)用。由于油、氣、水?dāng)U散系數(shù)差異明顯， D-T2二維分布可以區(qū)分這三種在巖石中的常見流體。

在土壤的研究中，核磁共振技術(shù)尤其重要，用于研究土壤中各種物質(zhì)（如水、有機物、礦物等）的含量、儲存量、分布和運動方向等特殊影響。其中，利用核磁共振技術(shù)研究土壤吸力特性，對于土壤壓縮特性和孔隙水壓力具有重要的意義。

在巖石的研究中，對于已經(jīng)存在的巖石，核磁共振技術(shù)還常常用來探測和研究其中的裂縫、缺陷等結(jié)構(gòu)特征，其直觀性和精度相較于傳統(tǒng)的幾何學(xué)方法是無法比擬的。利用核磁共振技術(shù)可以動態(tài)地研究巖石中裂隙直徑的變化規(guī)律，以及在不同紊動等條件下，巖石難以在內(nèi)部開裂起裂的最小壓力。對于巖石的穩(wěn)定性特征和穩(wěn)定性分析有著非常重要的應(yīng)用價值。

巖石損傷類實驗成像觀測主要根據(jù)圖像的亮斑和亮度直觀、定性地認(rèn)識和描述巖石內(nèi)部孔隙演化和微裂縫的發(fā)育情況。

此外，核磁共振技術(shù)還可以用于非侵入性監(jiān)測巖土體中水分動態(tài)變化特征、排水性能等指標(biāo)，對于調(diào)控工程中的水影響具有重要的應(yīng)用價值。需要注意的是，對于核磁共振技術(shù)中采樣的要求（樣本的尺寸、合法性要求等）要不斷進行研究和探索，以期提高該技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用效果。

總之，核磁共振技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對于巖土工程領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的改變，其為巖土工程中物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析和研究提供了非常重要的手段和依據(jù)，對于巖土工程的設(shè)計和實施起到了至關(guān)重要的作用。

參考文獻

[1] 李克鋼,楊寶威, 秦慶詞. 基于核磁共振技術(shù)的白云巖卸荷損傷與滲透特性試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2019,38(S2): 3493-3502.

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