一种土体弛豫率获取方法

摘要

本发明公开了一种土体弛豫率获取方法，属于岩土工程技术领域。所述土体弛豫率获取方法包括以下步骤：将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到土体；将土体制备成若干试样，若干试样的含水量均不相同；将若干试样放入核磁共振仪中，对若干试样施加序列，反演核磁原始数据，得到若干试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线；在核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，根据峰点值获取相对应试样的弛豫率；根据若干试样的弛豫率与若干试样的含水量，作出弛豫率‑含水量图，在弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段弛豫率的平均值，平均值即为土样的最终弛豫率。本发明土体弛豫率获取方法可以快速、直接的测试土体弛豫率，提高了测试效率。

权利要求

1.一种土体弛豫率获取方法，其特征在于，包括以下步骤：将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到土体；

将所述土体制备成若干试样，若干所述试样的含水量均不相同；

将若干所述试样放入核磁共振仪中，对若干所述试样施加序列，反演核磁原始数据，得到若干所述试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线；

在所述核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，根据峰点值获取相对应所述试样的弛豫率；

根据若干所述试样的弛豫率与若干所述试样的含水量，作出弛豫率‑含水量图，在所述弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段弛豫率的平均值，所述平均值即为土样的最终弛豫率；

当要获取所述土样的纵向弛豫率时；

将若干所述试样放入核磁共振仪中，对若干所述试样施加IR序列，得到若干试样的纵向恢复曲线；

所述核磁共振仪对所述纵向恢复曲线进行反演，得到若干所述试样的孔隙水在纵向的核磁弛豫时间分布曲线；

在所述纵向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T1，根据T1获取相对应所述试样的纵向弛豫率；

根据若干所述试样的纵向弛豫率与若干所述试样的含水量，作出纵向弛豫率‑含水量图，在所述纵向弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段纵向弛豫率的平均值，所述平均值即为所述土样的最终纵向弛豫率；

当要获取所述土样的横向弛豫率时；

将若干所述试样放入核磁共振仪中，对若干所述试样施加CPMG序列，得到若干试样的横向衰减曲线；

所述核磁共振仪对所述横向衰减曲线进行反演，得到若干所述试样的孔隙水在横向的核磁弛豫时间分布曲线；

在所述横向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T2，根据T2获取相对应所述试样的横向弛豫率；

根据若干所述试样的横向弛豫率与若干所述试样的含水量，作出横向弛豫率‑含水量图，在所述横向弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段横向弛豫率的平均值，所述平均值即为所述土样的最终横向弛豫率；

所述试样的

其中i＝1或2，ρw为水在20℃环境中的密度，w为试样含水量，S为土体比表面积。

2.根据权利要求1所述的土体弛豫率获取方法，其特征在于：所述土体中孔隙水的弛豫时间可以由下列方程表示：式中：TiB：自由水的Ti弛豫时间；TiS：表面弛豫引起的孔隙水的Ti弛豫时间；TiD：梯度磁场下扩散引起的孔隙水的Ti弛豫时间；S为孔隙水所处的孔隙表面积；V为孔隙水所处的孔隙体积。

3.根据权利要求2所述的土体弛豫率获取方法，其特征在于：当所述土体满足快速扩散的条件时，TiB和TiD可以忽略，则所述土体中孔隙水的Ti值与其所处的土体内部孔隙结构直接相关，即：

4.根据权利要求2所述的土体弛豫率获取方法，其特征在于：当土样配成制备成含水的试样时，水分吸附于土颗粒表面，此时S等于土颗粒比表面，V等于土体中孔隙水的体积；

则：

5.根据权利要求4所述的土体弛豫率获取方法，其特征在于：所述弛豫时间Ti与所述含水量w呈线性关系，比例系数为

说明书

一种土体弛豫率获取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种土体弛豫率获取方法。

背景技术

[0002] 岩土介质作为一种工程材料和工程环境，其中水分的物理状态和可能发生的物理变化对岩土体的工程力学性质、工程的施工方法及安全稳定等的影响至关重要。特别是在
冻土、含水合物土和非饱和土等多场多相耦合的复杂岩土工程问题中，土体内部水分的含
量、迁移与重分布等一系列物理状态变化会明显的影响到土的工程力学特性。膨胀性土与
湿陷性土等特殊性土的作用效力也与土中水分含量与分布存在密切关联，表明土体中不同
类型孔隙水(主要包括毛细水与吸附水)含量的变化也会导致岩土介质工程力学性质的变
化。因此为了确保工程项目的安全及稳定，岩土介质中有关水分迁移与重分布微观过程与
机理的研究就显的十分必要。

[0003] 氢核驰豫时间是质子在射频激发后其相位变化、能量复原所需时间的表征,弛豫时间能反映质子所处环境的结构。然而通过弛豫时间确定物质的微观结构和水分的赋存状
态的关键在于确定土水弛豫率，弛豫率代表了土体颗粒对孔隙水弛豫时间影响的强弱，但
是，在现有技术中，获得弛豫率的方法，效率低，操作繁琐。

发明内容

[0004] 本发明提供一种土体弛豫率获取方法，解决了或部分解决了现有技术中获得弛豫率的方法，效率低，操作繁琐，精度低的技术问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种土体弛豫率获取方法包括以下步骤：将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到土体；将所述土体制备成若干试样，若干所述试样
的含水量均不相同；将若干所述试样放入核磁共振仪中，对若干所述试样施加序列，反演核
磁原始数据，得到若干所述试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线；在所述核磁弛豫时间分
布曲线上找出峰点值，根据峰点值获取相对应所述试样的弛豫率；根据若干所述试样的弛
豫率与若干所述试样的含水量，作出弛豫率‑含水量图，在所述弛豫率‑含水量图中找出直
线段，并求出直线段弛豫率的平均值，所述平均值即为所述土样的最终弛豫率。

[0006] 进一步地，当要获取所述土样的纵向弛豫率时；将若干所述试样放入核磁共振仪中，对若干所述试样施加IR序列，得到若干试样的纵向恢复曲线；所述核磁共振仪对所述纵
向恢复曲线进行反演，得到若干所述试样的孔隙水在纵向的核磁弛豫时间分布曲线；在所
述纵向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T1，根据T1获取相对应所述试样的
纵向弛豫率；根据若干所述试样的纵向弛豫率与若干所述试样的含水量，作出纵向弛豫率‑
含水量图，在所述纵向弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段纵向弛豫率的平均
值，所述平均值即为所述土样的最终纵向弛豫率。

[0007] 进一步地，当要获取所述土样的横向弛豫率时；将若干所述试样放入核磁共振仪中，对若干所述试样施加CPMG序列，得到若干试样的横向衰减曲线；所述核磁共振仪对所述
横向衰减曲线进行反演，得到若干所述试样的孔隙水在横向的核磁弛豫时间分布曲线；在
所述横向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T2，根据T2获取相对应所述试样
的横向弛豫率；根据若干所述试样的横向弛豫率与若干所述试样的含水量，作出横向弛豫
率‑含水量图，在所述横向弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段横向弛豫率的平
均值，所述平均值即为所述土样的最终横向弛豫率。

[0008] 进一步地，所述试样的 其中i＝1或2，ρw为水在20℃环境中的密度，w为试样含水量，S为土体比表面积。

[0009] 进一步地，所述土体中孔隙水的弛豫时间可以由下列方程表示：式中：TiB：自由水的Ti弛豫时间；TiS：表面弛豫引起的孔
隙水的Ti弛豫时间；TiD：梯度磁场下扩散引起的孔隙水的Ti弛豫时间；S为孔隙水所处的孔
隙表面积；V为孔隙水所处的孔隙体积。

[0010] 进一步地，当所述土体满足快速扩散的条件时，TiB和TiD可以忽略，则所述土体中孔隙水的Ti值与其所处的土体内部孔隙结构直接相关，即：

[0011] 进一步地，当土样配成制备成含水的试样时，水分吸附于土颗粒表面，此时S等于土颗粒比表面，V等于土体中孔隙水的体积；则：

[0012] 进一步地，所述弛豫时间Ti与所述含水量w呈线性关系，比例系数为

[0013] 本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

[0014] 将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到土体，将土体制备成若干试样，若干试样的含水量均不相同，将若干试样放入核磁共振仪中，对若干试样施加序列，反演核磁原始
数据得到若干试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线，在核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点
值，根据峰点值获取相对应试样的弛豫率，根据若干试样的弛豫率与若干试样的含水量，作
出弛豫率‑含水量图，在弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段弛豫率的平均值，平
均值即为土样的最终弛豫率，可以快速、直接的测试土体弛豫率，提高了测试效率。

附图说明

[0015] 图1为本发明实施例提供的土体弛豫率获取方法的流程示意图；

[0016] 图2为图1中土体弛豫率获取方法的不同w下高膨胀土的T1分布曲线图；

[0017] 图3为图1中土体弛豫率获取方法的不同w下高膨胀土的ρ1变化规律图。

具体实施方式

[0018] 参见图1，本发明实施例提供的一种土体弛豫率获取方法包括以下步骤：

[0019] 将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到土体。

[0020] 将土体制备成若干试样，若干试样的含水量均不相同。

[0021] 将若干试样放入核磁共振仪中，对若干试样施加序列，反演核磁原始数据，得到若干试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线。

[0022] 在核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，根据峰点值获取相对应试样的弛豫率。

[0023] 根据若干试样的弛豫率与若干试样的含水量，作出弛豫率‑含水量图，在弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段弛豫率的平均值，平均值即为土样的最终弛豫率。

[0024] 本申请具体实施方式由于将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到土体，将土体制备成若干试样，若干试样的含水量均不相同，将若干试样放入核磁共振仪中，对若干试
样施加序列，反演核磁原始数据得到若干试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线，在核磁弛
豫时间分布曲线上找出峰点值，根据峰点值获取相对应试样的弛豫率，根据若干试样的弛
豫率与若干试样的含水量，作出弛豫率‑含水量图，在弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求
出直线段弛豫率的平均值，平均值即为土样的最终弛豫率，可以快速、直接的测试土体弛豫
率，提高了测试效率。

[0025] 具体地，将土体制备成若干试样，若干试样的含水量均不相同包括：

[0026] 将土体分成若干份，并将若干份土体静置于20℃环境中24小时以上，得到试样。

[0027] 具体地，当要获取所述土样的纵向弛豫率时。

[0028] 将若干试样放入核磁共振仪中，对若干试样施加IR(Inversion recovery,翻转恢复)序列，得到若干试样的纵向恢复曲线。

[0029] 所述核磁共振仪对所述纵向恢复曲线进行反演，得到若干试样的孔隙水在纵向的核磁弛豫时间分布曲线。

[0030] 在纵向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T1，根据T1获取相对应试样的纵向弛豫率。

[0031] 根据若干试样的纵向弛豫率与若干试样的含水量，作出纵向弛豫率‑含水量图，在纵向弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段纵向弛豫率的平均值，平均值即为土样
的最终纵向弛豫率。

[0032] 具体地，当要获取所述土样的横向弛豫率时。

[0033] 将若干试样放入核磁共振仪中，对若干试样施加CPMG(Carr‑Purcell‑Meiboom‑Gill)序列，得到若干试样的横向衰减曲线。

[0034] 核磁共振仪对所述横向衰减曲线进行反演，得到若干试样的孔隙水在横向的核磁弛豫时间分布曲线。

[0035] 在横向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T2，根据T2获取相对应试样的横向弛豫率。

[0036] 根据若干试样的横向弛豫率与若干试样的含水量，作出横向弛豫率‑含水量图，在横向弛豫率‑含水量图中找出直线段，并求出直线段横向弛豫率的平均值，平均值即为土样
的最终横向弛豫率。

[0037] 具体地，试样的

[0038] 其中i＝1或2，ρw为水在20℃环境中的密度，w为试样含水量，S为土体比表面积。

[0039] 土体中孔隙水的弛豫时间可以由下列方程表示：

[0040]

[0041] 式中：TiB：自由水的Ti弛豫时间；TiS：表面弛豫引起的孔隙水的Ti弛豫时间；TiD：梯度磁场下扩散引起的孔隙水的Ti弛豫时间；S为孔隙水所处的孔隙表面积；V为孔隙水所处
的孔隙体积。

[0042] 当土体满足快速扩散的条件时，TiB和TiD可以忽略，则土体中孔隙水的Ti值与其所处的土体内部孔隙结构直接相关，即：

[0043] 当土样配成制备成含水的试样时，水分吸附于土颗粒表面，此时S等于土颗粒比表面，V等于土体中孔隙水的体积；

[0044] 则：

[0045] 弛豫时间Ti与所述含水量w呈线性关系，比例系数为

[0046] 为了更清晰地介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。

[0047] 参见图2‑3，将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，取适量土体测定风干含水量。将风干土配成含水量w为1.4％、2.4％、4.2％、4.8％、10％、14.5％、17.3％、26.2％、40％和
50％的10种散土样，并静置于20℃环境24小时以上。

[0048] 将试样放入核磁共振仪中，对每个试样分别施加IR(Inversion recovery,翻转恢复)和CPMG(Carr‑Purcell‑Meiboom‑Gill)序列，分别得到试样的纵向恢复曲线和横向衰减
曲线。

[0049] 利用核磁共振仪上对纵向恢复曲线和横向衰减曲线进行反演，得到所有试样的纵向的核磁弛豫时间分布曲线和横向的核磁弛豫时间分布曲线。

[0050] 在每个试样的纵向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，并定义为T1，在每个试样的横向的核磁弛豫时间分布曲线上找出峰点值，定义为T2。

[0051] 计算试样的弛豫率 其中i＝1或2，分别对应纵向弛豫率和横向弛豫率，ρw为水在20℃环境中的密度，w为试样含水量，S为土体比表面积。

[0052] 对试样作ρi‑w图，找出直线段并求出直线段ρi的平均值，则为试样最终的弛豫率。

[0053] ,高膨胀土T1与ρ1实例，其中比表面积S＝682.3m2/g

[0054] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明
的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖
在本发明的权利要求范围当中。