基于核磁共振技术的膨胀土干湿循环孔径分布试验研究

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目前,针对干湿循环的宏观研究较多,而其微观研究相对较少,其原因在于干湿循环试验后微观试验精度的不理想。核磁共振仪有无损性、精度高等特点,适用于研究干湿循环的微观效应。研究干湿循环试验的方法主要有两种方式,一种方式是无荷载情况下进行,通过环刀限制土的侧面体积,在完全无荷载条件下进行干湿循环试验;另外一种是通过砝码堆砌在环刀上给试样施加竖向荷载。文章研制了一套能模拟荷载作用下进行干湿循环及测试核磁共振的简易装置,该装置可模拟不同深度土体受到其上覆土层的竖向荷载。为研究膨胀土干湿循环作用下核磁共振特性的变化特征,选取南宁膨胀土为研究对象,对试样进行了0kPa、10kPa、20kPa三级荷载下0次6次的干湿循环试验,并对干湿循环试验后的土样进行核磁共振(NMR)测量,最后将核磁共振T2曲线面积、试样体积及抗剪强度进行对比分析,获得以下主要研究成果:(1)利用聚四氟乙烯材料,设计了一种模拟干湿循环的室内试验装置,通过杠杆施加荷载。使用该装置进行干湿循环试验过程中不出现卸载现象,能较好实现对工程实际荷载的模拟。经过试验验证能较好的完成干湿循环试验与核磁共振试验的结合,在吸水饱和时和脱水干燥时都能让试样处于受载状态。(2)利用峰值法对南宁弱膨胀土压汞试验的孔隙分布曲线的峰值和核磁共振T2曲线的峰值进行计算,得出的弛豫率为0.085×10-6m/ms。通过对比不同干密度且相同试验条件进行验证,误差在8%以内。(3)通过对比0kPa、10kPa、20kPa荷载作用下干湿循环试验后的核磁共振T2分布曲线发现,随循环的增加孔径呈现增长的趋势;随着荷载的增加孔隙的发育被抑制。(4)通过核磁共振试验发现,随着干湿循环次数的增加,T2曲线面积呈逐渐增大的变化趋势。对比T2图谱面积和试样体积,当循环过程中试样体积变化时,所测量的核磁共振T2图谱面积随之变化。在有效范围内随着荷载的增加,逐渐限制了其T2曲线面积所代表的孔隙总体积的发育。(5)利用核磁共振、测量体积及直剪试验发现,随着干湿循环时荷载的增加,其T2曲线面积、试样体积及抗剪强度三者变化的规律会逐渐趋近于稳定。
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