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原文传递一种基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法

专利名称：	一种基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法
摘要：	本发明提供了一种基于核磁共振技术及毛细管理论的AWRC确定方法，对不同初始干密度的武汉黏土进行脱湿路径下的核磁共振试验，讨论了其弛豫峰随含水量变化规律，结合SEM试验，提出了一种准确性较高的SWCC预测方法，利用预测的SWCC并基于毛细管理论确定了理想水分分布规律曲线，进而将其与实测水分分布规律曲线对比，得到了累计信号强度增量，由此可以将信号强度与含水量结合起来，其增量即为吸附水含量，再通过SWCC将所得吸附水含量与基质吸力相联系，获得吸附持水作用曲线（AWRC），具有较好的准确性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	湖北工业大学
发明人：	陶高梁;彭寅杰;肖衡林;李丽华;周鑫隆;朱志政;雷达;廖凌瑾;张帆;欧阳青
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-25T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-08T00:00:00+0800
申请号：	CN202111413615.3
公开号：	CN114152640A
代理机构：	武汉宇晨专利事务所(普通合伙)
代理人：	余晓雪
分类号：	G01N24/08;G;G01;G01N;G01N24;G01N24/08
申请人地址：	430068 湖北省武汉市洪山区南李路28号
主权项：	1.一种基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法，其特征在于：所述基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法包括以下步骤： 1)进行不同干密度的饱和重塑土样脱湿路径下的核磁共振试验，得到不同含水量时弛豫峰随含水量的变化规律曲线； 2)将步骤1)获取得到的不同含水量时弛豫峰随含水量的变化规律曲线转换成弛豫峰累计曲线； 3)对步骤1)得到的不同含水量时弛豫峰随含水量的变化规律曲线进行定标，根据定标结果预测并得到预测后的累计孔隙体积分布曲线； 4)将步骤3)得到的预测后的累计孔隙体积分布曲线转化为预测的土-水特征曲线SWCC； 5)根据步骤4)得到的预测的土-水特征曲线SWCC推出预测弛豫峰累计曲线； 6)将步骤5)得到的预测弛豫峰累计曲线与步骤2)得到的弛豫峰累计曲线进行对比，二者的信号量差值对应的含水量为该吸力作用下的吸附水含量。 2.根据权利要求1所述的基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是： 3.1)对步骤1)得到的不同含水量时弛豫峰随含水量的变化规律曲线进行定标，所述定标的方式是：在非永磁体中，横向弛豫时间T2主要由表面弛豫所决定，与孔径大小d存在如下函数关系：其中： cs为孔隙几何形态因子，柱状孔隙为4，球形孔隙为6； ρ2为横向表面弛豫率； d是T2值对应的孔隙大小；假设cs与ρ2为常数，即得利用低场核磁共振测量试样孔隙分布时的孔隙尺寸定标表达式： d＝CT2＝csρ2T2 (2) 3.2)确定预测后的累计孔隙体积分布曲线，具体是：利用压汞试验获得实测累计孔隙体积分布曲线，与核磁共振试验获得的弛豫峰累计曲线，通过切线法确定曲线起点与曲线终点，分别获得ds和de，T2s和T2e后代入等式(2)运算得到不同的C值Cs和Ce，取Cs和Ce的平均值Cmean作为确定T2对应孔径的比例系数，并作出通过累计弛豫峰曲线T2预测得到预测后的累计孔隙体积分布曲线；所述ds和de分别是曲线起点的孔径大小和曲线终点的孔径大小。 3.根据权利要求2所述的基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法，其特征在于：所述步骤4)的具体实现方式是：利用非饱和土力学中孔径与基质吸力的关系，将预测后的累计孔隙体积分布曲线转化为土-水特征曲线SWCC，转化公式如下：其中： ψ为基质吸力；TS为水的表面张力； α为水-液相界面接触角； d为孔隙直径，单位是um；低场核磁共振仪于32℃下工作，故在32℃时，取Ts为0.07086N/m，α为水液相界面接触角，为简化计算取为0°代入公式(3)进行计算，可得：根据公式(4)便可将孔径与基质吸力相联系，确定水-土特征曲线的横坐标，所述横坐标是基质吸力ψ，纵坐标是孔隙直径d；选取饱和状态S1下的弛豫峰累计曲线，此时土样能够体现从完全饱和状态到水被完全排除的全过程，能够包括全部范围的基质吸力，根据公式(2)、(4)，将T2转化为基质吸力，确定全吸力范围下的土-水特征曲线预测值，最终建立预测的土-水特征曲线SWCC。 4.根据权利要求3所述的基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法，其特征在于：所述步骤5)的具体实现方式是：利用预测的土-水特征曲线SWCC，选取饱和度S1～S10，确定各饱和度下的基质吸力值，利用公式(2)以及(4)将基质吸力转化为对应的不同T2值，得到不同饱和度所代表的预测T2值；用预测T2值将S1饱和度下的弛豫峰累计曲线分割为10个区段，根据毛细管理论，在外加因素影响下，大孔径孔隙中的水先被排出，而大孔径对应较大T2值；将失水过程表示为Si(Si表示失水的第i个阶段，i＝1、2、3......10)；因此，S10表示失水的第一个阶段，对应最小的T2值，其左侧的弛豫峰累计曲线即为基于毛细管理论的饱和度为S10的弛豫峰累计曲线，以此类推得到饱和度S1～S9基于毛细管理论的弛豫峰累计曲线，称为预测弛豫峰累计曲线。 5.根据权利要求4所述的基于核磁共振确定土中吸附水含量的方法，其特征在于：所述步骤6)的具体实现方式是： 6.1)建立孔隙水总含量Vw与总孔隙水含量的信号量ΣS的关系；其中： Vw为总含水量； ΣS为总孔隙水含量的信号量； ρw为32℃下的水密度； 6.2)根据公式(5)中孔隙水总含水量与总信号量的关系，推导出孔隙水含水量增量与孔隙水信号量增量间的关系：其中： ΔVW为孔隙水含水量增量； ΔΣS为孔隙水含水量对应的孔隙水信号量增量； ρw为32℃下的水的密度； 6.3)通过预测弛豫峰累计曲线与实测弛豫峰累计曲线间的信号量差值，确定信号量差值在该吸力下对应的含水量差值，即为吸附水含量：其中：表示吸附水含量； VA为装载试样的石英管体积，为7.63cm3，ρd为土样干密度； ρw为32℃下的水密度；最终绘得吸附水含量在不同基质吸力下的变化规律，即吸附作用保水曲线AWRC，所述吸附作用保水曲线AWRC的横坐标是基质吸力，纵坐标是单位重量土中吸附水含量。
所属类别：	发明专利