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niumagnmr

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[交流] 冻土未冻水含量的低场核磁共振试验研究_核磁共振分析应用已有2人参与

冻土是一种温度低于0 ℃且含有冰的土，其冻结以后，并非土中所有的液态水都转变成固态水，由于毛细作用和颗粒表面能的作用，其中始终保持着一定数量的液态水称作未冻水，这部分未冻水与冻土中土颗粒、冰、气体组成了对温度十分敏感的多相复杂体系。在冻结过程中，随着温度的降低，冻土中未冻水含量减少，起到胶结颗粒作用的冰含量不断增加，从而使得冻土的强度随温度降低而增大。在融化过程中，随着温度的升高，冻土中未冻水含量变大，土颗粒间冰的胶结作用遭到破坏，结构稳定性降低，相应的抗剪强度也下降。由此可见，冻土中未冻水和冰之间的相互转化是导致冻土物理力学性质不稳定的一个重要因素。
武汉岩土力学所韦昌富课题组基于核磁共振技术在测试水分含量与孔隙水分布方面的应用，分析了未冻水含量的冻融特性以及其随土质类型、NaCl 离子浓度的变化规律，结合T2分布曲线分析了相变过程的孔隙水分布并且对滞后现象进行了分析，同时也为核磁共振技术在岩土工程领域中的应用提供一些借鉴性的操作方法和分析思路。

未冻水含量的计算

根据居里定律，土体在正温区间其孔隙水核磁信号强度与温度之间的线性关系，采用正温区实测数据绘制顺磁线性回归线。土体在正温区，核磁信号强度随着温度的降低而线性升高，随着温度继续降低，核磁信号开始波动，由于部分液态水开始冻结，冰的信号在核磁中不显示，信号开始降低，但降幅逐渐减，最终稳定下来，因此，可以根据 NMR 信号强度的减小换算未冻水含量。

图2中，将正温区的顺磁线性回归线延长到负温区，在负温区的某一温度的未冻水含量等于某一温度下测得的信号强度a 值乘以未冻结的含水率除以该温度下回归线所示的信号强度b 值。
冻融过程孔隙水分布
下图中可以看出，冻土在融化过程中，从-17 ℃升温到-2.5 ℃，峰面积从小孔隙开始增加，不过增幅较小。随着温度继续升高，可以看到处于大孔隙中的冰也开始融化，并且峰面积随着温度的增加快速升高。