科普文章-核磁共振在岩土工程中的应用

核磁共振（NMR）是一种利用核磁共振现象进行物质结构研究的技术。在岩土工程领域，核磁共振技术可以用于土壤和岩石的物理学特性研究，也可以用于研究颗粒之间分子流场的变化。这种技术的应用，为岩土工程提供了非常重要的参考依据。

（图片来源端牢能源饭碗 铸造实体强国——低场核磁共振为能源人的底气加油助力！- 分析行业新闻 (antpedia.com)）

土壤和岩石是岩土工程中最基础的地质材料。通过核磁共振技术，我们可以研究土壤和岩石的各项物理学性质，如颗粒大小、孔隙度、水分状况等等。T2谱积分面积与岩心孔隙中流体含氢量成正比， 通过标定得到核磁信号与孔隙度的相关关系可以获取待测岩样核磁孔隙度。

在进行开挖和基础工程设计过程中，将土壤和岩石内部结构的研究与分析作为一个前期的所必须的过程。目前，通过核磁共振技术能够在不破坏土壤和岩石样本的条件下获得各种信息，如土壤和岩石中水分的分布情况、形态学特征、结构等等，这对于岩土工程的设计和实现起到了至关重要的作用。孔隙流体识别（如图2所示） 是二维核磁共振技术在岩心分析领域最基本的应用。由于油、气、水扩散系数差异明显， D-T2二维分布可以区分这三种在岩石中的常见流体。

在土壤的研究中，核磁共振技术尤其重要，用于研究土壤中各种物质（如水、有机物、矿物等）的含量、储存量、分布和运动方向等特殊影响。其中，利用核磁共振技术研究土壤吸力特性，对于土壤压缩特性和孔隙水压力具有重要的意义。

在岩石的研究中，对于已经存在的岩石，核磁共振技术还常常用来探测和研究其中的裂缝、缺陷等结构特征，其直观性和精度相较于传统的几何学方法是无法比拟的。利用核磁共振技术可以动态地研究岩石中裂隙直径的变化规律，以及在不同紊动等条件下，岩石难以在内部开裂起裂的最小压力。对于岩石的稳定性特征和稳定性分析有着非常重要的应用价值。

岩石损伤类实验成像观测主要根据图像的亮斑和亮度直观、定性地认识和描述岩石内部孔隙演化和微裂缝的发育情况。

此外，核磁共振技术还可以用于非侵入性监测岩土体中水分动态变化特征、排水性能等指标，对于调控工程中的水影响具有重要的应用价值。需要注意的是，对于核磁共振技术中采样的要求（样本的尺寸、合法性要求等）要不断进行研究和探索，以期提高该技术在岩土工程中的应用效果。

总之，核磁共振技术的发展和应用，对于岩土工程领域产生了巨大的改变，其为岩土工程中物质的内部结构分析和研究提供了非常重要的手段和依据，对于岩土工程的设计和实施起到了至关重要的作用。

参考文献

[1] 李克钢,杨宝威, 秦庆词. 基于核磁共振技术的白云岩卸荷损伤与渗透特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2019,38(S2): 3493-3502.

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