CN111089770B - 一种土体弛豫率获取方法 - Google Patents

一种土体弛豫率获取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111089770B
CN111089770B CN202010016547.6A CN202010016547A CN111089770B CN 111089770 B CN111089770 B CN 111089770B CN 202010016547 A CN202010016547 A CN 202010016547A CN 111089770 B CN111089770 B CN 111089770B
Authority
CN
China
Prior art keywords
samples
soil
relaxation
water
relaxation rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010016547.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111089770A (zh
Inventor
田慧会
韦昌富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Original Assignee
Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS filed Critical Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority to CN202010016547.6A priority Critical patent/CN111089770B/zh
Publication of CN111089770A publication Critical patent/CN111089770A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111089770B publication Critical patent/CN111089770B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • G01N24/081—Making measurements of geologic samples, e.g. measurements of moisture, pH, porosity, permeability, tortuosity or viscosity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

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。

Description

一种土体弛豫率获取方法
技术领域
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
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。
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
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。
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。
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。
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。
进一步地，所述试样的
Figure BDA0002359091570000021
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。
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：
Figure BDA0002359091570000031
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。
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：
Figure BDA0002359091570000032
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：
Figure BDA0002359091570000033
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
Figure BDA0002359091570000034
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：
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
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；
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；
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
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：
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。
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：
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。
具体地，当要获取所述土样的纵向弛豫率时。
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。
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。
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。
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。
具体地，当要获取所述土样的横向弛豫率时。
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。
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。
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。
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。
具体地，试样的
Figure BDA0002359091570000061
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。
土体中孔隙水的弛豫时间可以由下列方程表示：
Figure BDA0002359091570000062
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。
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：
Figure BDA0002359091570000063
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：
Figure BDA0002359091570000064
弛豫时间Ti与所述含水量w呈线性关系，比例系数为
Figure BDA0002359091570000065
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。
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。
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。
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。
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。
计算试样的弛豫率
Figure BDA0002359091570000071
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。
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。
,高膨胀土T1与ρ1实例，其中比表面积S＝682.3m2/g
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。

Claims (5)

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
Figure FDA0002958530150000021
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：
Figure FDA0002958530150000022
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：
Figure FDA0002958530150000023
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：
Figure FDA0002958530150000024
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
Figure FDA0002958530150000025
CN202010016547.6A 2020-01-08 2020-01-08 一种土体弛豫率获取方法 Active CN111089770B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010016547.6A CN111089770B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种土体弛豫率获取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010016547.6A CN111089770B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种土体弛豫率获取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111089770A CN111089770A (zh) 2020-05-01
CN111089770B true CN111089770B (zh) 2021-05-04

Family

ID=70398934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010016547.6A Active CN111089770B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种土体弛豫率获取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111089770B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112213246B (zh) * 2020-09-03 2021-12-17 中国原子能科学研究院 岩石中不规则天然贯通性裂隙或孔隙的表面积的测量方法
CN113237914B (zh) * 2021-05-17 2021-12-28 中国科学院西北生态环境资源研究院 一种基于核磁信号强度测定水合物中未水合水含量的方法
CN114544466B (zh) * 2022-04-27 2022-07-05 中国林业科学研究院木材工业研究所 一种测定木材细胞腔孔隙表面横向弛豫率的方法
CN114965542A (zh) * 2022-05-25 2022-08-30 西南石油大学 一种页岩表面弛豫率的确定方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7221158B1 (en) * 2005-12-12 2007-05-22 Schlumberger Technology Corporation Permeability determinations from nuclear magnetic resonance measurements
US9823205B2 (en) * 2014-11-17 2017-11-21 Schlumberger Technology Corporation Methods and systems for determining surface relaxivity of a medium using nuclear magnetic resonance
CN105651805B (zh) * 2016-03-29 2018-01-02 西南石油大学 利用核磁共振测量岩石孔隙度的方法
CN107655922B (zh) * 2017-09-05 2019-06-11 中国石油天然气股份有限公司 一种基于核磁共振的烃源岩含水量无损检测的方法
CN107748126B (zh) * 2017-10-19 2019-10-11 北京青檬艾柯科技有限公司 一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111089770A (zh) 2020-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111089770B (zh) 一种土体弛豫率获取方法
EP2894490B1 (en) Spin echo SPI methods for quantitative analysis of fluids in porous media
Fleury et al. Characterization of shales using T1–T2 NMR maps
Kong et al. Influence of drying–wetting cycles on soil-water characteristic curve of undisturbed granite residual soils and microstructure mechanism by nuclear magnetic resonance (NMR) spin-spin relaxation time (T 2) relaxometry
Jaeger et al. Evaluation of 1H NMR relaxometry for the assessment of pore‐size distribution in soil samples
Meyer et al. Determination of quantitative pore‐size distribution of soils with 1H NMR relaxometry
CN107748126A (zh) 一种获取岩石孔隙尺寸和孔隙表面弛豫率的核磁共振方法
CN112129685B (zh) 一种基于核磁共振测试早龄期混凝土孔隙结构的方法
Busse et al. NMR relaxometry of oil paint binders
McPhee et al. Nuclear magnetic resonance (NMR)
Mitzithras et al. NMR studies of the diffusion of cyclohexane in porous silica
CN110687155A (zh) 一种土壤薄膜水厚度的测试方法
CN116559218A (zh) 一种多孔材料夹持器及水分迁移与相变测试方法
Tobisch et al. Comparison of basis functions and q‐space sampling schemes for robust compressed sensing reconstruction accelerating diffusion spectrum imaging
Muncaci et al. Probing the pore size of porous ceramics with controlled amount of magnetic impurities via diffusion effects on the CPMG technique
CN116106354A (zh) 一种新型多维核磁共振t1-t2*成像方法
Green et al. Oil/water imbibition and drainage capillary pressure determined by MRI on a wide sampling of rocks
Botto et al. Three-dimensional magnetic resonance microscopy of materials
Guillot et al. Characterisation of wetting heterogeneities in sandstone rocks by MRI
Zhao et al. Detecting pore size distribution of activated carbon by low‐field nuclear magnetic resonance
CN117890411B (zh) 泥页岩核磁共振的流体识别方法
Lu et al. An improved predictive model for determining the permeability coefficient of artificial clayey soil based on double T2 cut‐offs
CN111795990B (zh) 一种基于核磁共振技术测定岩土体中水分迁移过程的方法
Nugent et al. T1ρ imaging using magnetization‐prepared projection encoding (MaPPE)
Zhang et al. Core Analysis Using Nuclear Magnetic Resonance

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant