[发明专利]一种基于核磁共振技术测定无粘性土渗透系数的方法

说明书

本发明公开了一种基于核磁共振技术测定无粘性土渗透系数的方法，通过核磁共振试验，获得不同颗粒形状的无粘性土在同一孔隙率下的横向弛豫时间T₂分布曲线，首先利用T₂分布曲线表征土体的内部孔隙结构，再将横向弛豫时间T₂分布曲线上的峰值点对应的横向弛豫时间T_2peak与土颗粒的平均粒径进行线性拟合，从而基于经验公式推导出横向弛豫时间T₂分布曲线上的峰值点对应的横向弛豫时间T_2peak与渗透系数的拟合公式。本发明利用核磁共振技术能够快捷、高效、科学地表征无粘性土的渗透系数，对试验土样的需求量小，大幅度减小了试验成本。

技术领域

本发明涉及一种基于核磁共振技术测定无粘性土渗透系数的方法，属于地下工程技术领域。

背景技术

近年来，随着科学技术快速地发展，研究土体内部孔隙结构的方法也日益丰富。土体的内部孔隙结构影响着其物理力学性质，特别地，土体的内部孔隙结构也是影响土体渗透率的重要因素之一，土颗粒的直径与形状又同时影响着土体内部的孔隙结构。学者们也一直致力于探索修正经验公式中颗粒形状对土体渗透率的影响系数，但利用土体内部的孔隙等效半径表征土体渗透率的研究尚不明确。

室内试验需用重塑土测定土体的渗透系数，但重塑土的传统制样要求较高，操作难度较大，最终可能导致实验结果与实际值有较大的偏差。室内常用的测试土体渗透系数的方法为：“常水头法”和“变水头法”。“常水头法”适用于测定渗透性较大的砂性土的渗透系数，但试验用土量较大，在制样过程中难以控制试样的密实度和孔隙比，试验过程的繁琐步骤也会带来较大的试验误差；“变水头法”则适用于测定渗透系数较小的粘性土。借助“常水头法”和“变水头法”所得到的试验结果是一个趋近值，且精确度不高，具有不稳定性。利用三轴仪也可测试土体的渗透系数，但试验过程需要花费的时间较长，试验设备成本较高。上述常规实验室测定土体渗透系数的方法，均无法直观表征土体颗粒形状、孔隙特征和渗透系数之间的关系。

因此，亟需一种既能建立颗粒形状、孔隙等效半径和渗透系数之间的关系，又能快捷、高效、科学地测定无粘性土渗透系数的渗透试验方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于核磁共振技术测定无粘性土渗透系数的方法，利用核磁共振的横向弛豫时间T₂建立颗粒形状、孔隙等效半径与渗透系数之间的联系，进一步地用T₂分布曲线峰值点所对应的横向弛豫时间T_2peak表征无粘性土试样的渗透系数。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于核磁共振技术测定无粘性土渗透系数的方法，该方法包括以下步骤：

1)按预设的孔隙比制备无粘性土试样，试样的饱和度需达到97％以上，试样制备完成后进行核磁共振试验，得到横向弛豫时间T₂分布曲线；

2)根据试验用土建立土样孔隙模型(土样孔隙模型根据具体试验的土样颗粒特征建立)，利用土样孔隙模型结合核磁共振原理得到孔隙等效半径R与横向弛豫时间T₂的关系式R＝aρ₂T₂，其中，a为孔隙形状相关系数，ρ₂为土颗粒表面的T₂表面弛豫强度；

3)对步骤1)得到的T₂分布曲线进行线性拟合得到拟合曲线，将拟合曲线和关系式R＝aρ₂T₂相结合，得到平均粒径D与T₂分布曲线峰值点所对应的横向弛豫时间T_2peak(峰值横向弛豫时间T_2peak)的关系式D＝f(T_2peak)；