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niumagnmr

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[交流] 核磁共振应用-压实黏质砂土脱湿过程影响机制的核磁共振分析

应用背景

核磁共振（NMR）技术是一种研究单位体积材料中质子（即氢核）含量与分布的无损探测技术。核磁共振技术通过利用位于一个均匀磁场（主磁场）中具有自旋磁矩的质子群在干扰射频磁场的作用下发生偏转、失去平衡、当射频干扰停止后质子群从非平衡态恢复到平衡状态这一过程，测定核磁信号自由衰减（即FID）曲线。由于FID 曲线上的第1个点（即峰值点）与试样所含质子数成正比，因此，FID 峰值点可用于测定土样含水率。目前已有大量试验证实了此方法的可行性及精度。同时，FID 曲线的形状与质子横向弛豫时间（ T2 ）有关，T2能反映质子周围的物理化学环境。通过傅里叶转换，可以得到土样中孔隙水的2T时间分布曲线，该分布曲线下方的峰面积代表对应T2 范围内的核磁信号，也即含水率。假设材料满足快速扩散的条件，则土体中孔隙水的T2 值与其所处的土体内部孔隙结构直接相关.

下面简单介基于核磁共振技术测量水分含量与孔隙联合轴平移技术测定了黏质砂土脱湿过程中各吸力下水分在土体中的分布特点.

下面将基于试样的T2 时间分布曲线，从各级吸力下试样中水分分布的角度展开讨论。为了验证基于核磁共振测量的试样水分含量的精度，这里首先给出了A6-15 和B8-15 试样FID 峰值点P 与试样饱和度S 的线性拟合结果（如下图所示）。

如图 4 所示，对于干密度相同但组分构成不同的土样，FID 峰值点P 与饱和度S 的关系并不相同，但单个试样的P 与S 都呈很好的线性关系。尽管不少学者曾利用核磁共振技术成功测得过冻土中未冻水含量，上述试验结果进一步证实了利用核磁共振仪测定土体水分含量的可行性
为了探讨在整个脱湿过程中土样水分分布特征随吸力变化的规律，下图给出了试样A6-15 在试验吸力序列下的T2 时间分布曲线。