基于核磁共振技术的岩土体孔隙分形特征

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鉴于目前核磁共振技术的推广,越来越多的科研领域都开始涉及,由于核磁共振具有精度高、整体性强等特点,在微观结构方面颇受青睐。近年来有关材料孔隙结构的研究愈来愈多,特别是在核磁共振与压汞试验、氮气吸附试验在诸多微观孔隙的研究中频繁使用,但是有关它们之间的对应关系和试验结果一致性的研究还不多,有关孔隙结构分析以及应用模型进行量化的探索,特别是有关水泥水化过程中的孔隙结构的探索也不常见,有关水泥水化过程中孔隙分形的动态变化并无涉及。本文选用了多种材料的核磁共振数据,并展开了与有关压汞试验结果的一致性对比,并针对核磁共振的试验原理进行推导弛豫率。运用两种有关孔隙分布的模型,对多种核磁共振结果进行分析和定量评价。同时就水泥水化过程中孔隙结构的变化情况同样进行模型分析,针对有关科研领域具有参考意义。并得到了以下主要结论:1.微观试验在孔隙方面具有一致性。在孔隙累积分布上无论是压汞试验还是核磁共振试验,两者在孔隙体积累积结果上是基本相同的,故而两种方法在针对微观孔隙的测定方面均可达到有效的结果。相对来说,核磁共振试验在测量孔隙尺寸的分布情况上更加的详细;压汞试验在具体孔隙尺寸的分布结果上更具有优势。2.通过核磁共振技术与压汞试验的原理,再结合核磁共振试验与压汞试验在固体材料孔隙结构上的一致性可以对不同材料的弛豫率进行推导。可以由此得到两种技术手段之间的对应关系,即弛豫率,材料的一种属性。3.根据所推导到的弛豫率的相关公式,对核磁共振T2分布曲线可以与孔隙半径分布曲线进行转换,两者之间有很好的对应关系,而弛豫率就是转换的关键参数,作为一种材料属性,不同材料具有不同的弛豫率,而且是稳定在一定的范围之内,弛豫率受材料内部孔隙与水的互相作用的影响,岩石类由于结构内水与孔隙的结合紧密相对土壤弛豫率要低。4.运用分形模型和均一系数对多种材料的核磁共振结果分析,核磁共振试验的孔隙分布具有良好的分形特征,孔隙分布的均匀度随着条件的改变也具有集中或分散的趋势,同时也证明了两种模型的有效性,两者在结果上保持一致,符合孔隙分布的特征和趋势。不同材料、同一材料的不同尺寸孔隙其模型结果各不相同。压汞试验亦有这样的结果。在水泥水化过程经过分形模型和均一系数的计算,两种结果在孔隙分布上保持了一致,结合水化过程中孔隙变化和水化反应的功能,不同得到养护时间下,孔隙的发育情况不同,对应的孔隙分形维数与均一系数也在不断的变化。同时分形维数与均一系数的改变也揭示了水泥水化过程中的孔隙变化情况也动态反映了孔隙内自由水转为结合水的过程。
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