[发明专利]一种结合NMR技术的膨胀土膨胀力测试系统和方法

说明书

本申请公开一种结合NMR技术的膨胀土膨胀力测试系统和方法，本系统包括：核磁共振装置、膨胀土夹持装置、数据处理系统、恒温装置和供水装置；恒温装置控制测试温度；供水装置用于向膨胀土样通入测试水分；核磁共振装置用于获取土样含水率变化数据和土层含水率变化数据；膨胀土夹持装置用于获取土样温度信号和土样压力信号；数据处理系统用于得到土样膨胀力‑含水率分布数据和土层膨胀力‑含水率分布数据。本方法包括获取土样含水率变化数据和土层含水率变化数据；获得膨胀土样膨胀力数据；得到土样膨胀力‑含水率分布数据和土层膨胀力‑含水率分布数据。本申请能够无损测量土样、土层含水率及分布，能够获取膨胀土样各截面的含水率的动态变化。

技术领域

本申请属于岩土试验技术领域，具体涉及一种结合NMR技术的膨胀土膨胀力测试系统和方法。

背景技术

膨胀性土在自然界中广泛分布，由于其特殊的遇水(湿气)膨胀特性，这种特性既能导致地基、路堤、边坡或渠道的破坏，也能用于作为隔离污染物的阻隔材料和废物处置的缓冲/回填材料。膨胀力作为界定膨胀土膨胀特性的一个关键性指标，准确的测量湿化过程中膨胀力的变化对避免工程灾害是十分有必要的。以往的研究大多集中在直接测试浸水饱和状态的膨胀力，而膨胀过程中土体的水分分布变化与膨胀力直接相关，受限于测试技术，这方面的研究较少，需要开展大量的研究以获得膨胀土饱和过程中的水分分布与膨胀力变化的关系。

膨胀力随含水率增加并非的单调增加，其变化与土体吸水过程中水分分布有关，土体中含水率的分布直接影响膨胀力的数值变化。膨胀力-含水率的大小及分布的时间历程变化的研究是指测试膨胀土在吸水过程中膨胀力及含水率随时间的变化。在现有的技术中，很难直接﹑无损的获取其膨胀力与含水率的大小及分布的时序变化规律。

发明内容

本申请提出了一种结合NMR技术的膨胀土膨胀力测试系统和方法，结合NMR技术，获取膨胀土样随着吸入水分的增加，得到膨胀土样中含水率分布，结合因吸水而产生的膨胀力变化，获得膨胀力-含水率分布数据。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种结合NMR技术的膨胀土膨胀力测试系统，包括：核磁共振装置、膨胀土夹持装置、数据处理系统、恒温装置、供水装置；

所述膨胀土夹持装置分别连接所述数据处理系统、所述恒温装置、所述供水装置和所述核磁共振装置；

所述膨胀土夹持装置为中空结构，测试用的膨胀土样位于所述膨胀土夹持装置内部；

所述膨胀土夹持装置用于形成所述膨胀土样的膨胀力测试环境，并获取所述膨胀土样在膨胀力测试过程中的土样温度信号和土样压力信号；

所述恒温装置用于控制所述膨胀土夹持装置的测试温度；

所述供水装置用于向所述膨胀土夹持装置内部的所述膨胀土样通入测试水分；

所述核磁共振装置用于获取所述膨胀土样的土样含水率变化数据和土层含水率变化数据；

所述数据处理系统用于通过所述土样含水率变化数据、所述土层含水率变化数据、所述土样温度信号和所述土样压力信号，得到所述膨胀土样的土样膨胀力-含水率分布数据和土层膨胀力-含水率分布数据。

优选的，所述核磁共振装置为低场核磁共振仪；

所述低场核磁共振仪用于向所述膨胀土夹持装置内的所述膨胀土样施加CPMG脉冲序列，获得所述土样含水率变化数据；

所述低场核磁共振仪还用于向所述膨胀土夹持装置内的所述膨胀土样施加分层扫描序列，获得所述土层含水率变化数据。

优选的，所述膨胀土夹持装置包括试样腔、控温腔、土样温度监测模块、土样压力监测模块；

所述土样温度监测模块用于探测所述膨胀土样的温度，得到所述土样温度信号；