[發明專利]一種基于低場核磁共振技術的非飽和土滲透系數的測量方法

有效

• 申請號: 201710012453.X
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106769771B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 陳寶;張康;黃依藝
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N24/08
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明提供一種基于低場核磁共振技術的非飽和土滲透系數的測量方法。該方法是以低場核磁共振技術為基礎，結合瞬時截面法，進行非飽和滲透系數評價的方法。本發明以核磁信號量的大小為依據，監測試樣非飽和滲流狀態下多個截面的核磁信號量的變化，依據核磁信號量的大小對試樣的質量含水率分布進行推算，結合瞬時截面法，通過Darcy定律計算得到非飽和滲透系數。

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，涉及一種基于低場核磁共振技術的非飽和土滲透系數的測量方法。

背景技術

非飽和土在自然界廣泛分布，許多工程問題都涉及到非飽和土的滲流分析。實驗室常常采用瞬時截面法量測非飽和土的滲透系數。瞬時截面法需實時監測試樣滲流狀態下多個截面的質量含水率(吸力)的變化，最后通過Darcy定律計算得到滲透系數，即：

式中：A為所測試樣的橫截面積，Q為Δt時間內流過試樣斷面面積A的水的流量，；i_t為t時刻試樣內一點的水力梯度。

顯然，根據公式(1)并通過相關實驗可以得到滲透系數k_w。瞬時截面法的困難之處在于截面質量含水率(吸力)的測定。目前的截面質量含水率的檢測手段都需要檢測探頭與土樣直接貼合，不但使土樣截面積發生變化，還會因接觸面存在縫隙而影響滲流的均勻性，導致水的流速計算產生誤差。另外，傳統測量探頭尺寸較大，導致各個截面間隔較大，降低了試驗的精度。因此，現有滲透試驗裝置不是對實現自然界中的滲透特性的真實模擬。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種能無損檢測土樣滲透系數的方法，克服現有技術存在的上述技術問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案予以解決：

1)基于核磁共振信號量分布曲線建立質量含水率分布曲線；

2)基于持水特征曲線和質量含水率分布曲線建立吸力分布曲線；

3)以質量含水率分布曲線和吸力分布曲線為基礎，通過Darcy定律計算非飽和滲透系數。

建立質量含水率分布曲線的具體方法如下：

取試樣第一個被測截面即進水截面在試驗過程中的核磁信號量的均值S′作為標準核磁信號量，可以表示為：

式中，S_0,i為試樣進水截面、在第i次檢測時的核磁信號量。

根據試樣的飽和質量含水率，將S′標定為試樣飽和質量含水率所對應的核磁信號量。試樣飽和質量含水率與其對應的核磁信號量的比例關系可以表示為：

式中，ω為試樣的飽和質量含水率。

試樣其他截面的在t時刻的質量含水率可以表示為：

ω_j,t＝S_j,t·X (3)

式中，ω_j,t為試樣j截面在t時刻的質量含水率，S_j,t為試樣j截面在t時刻的核磁信號量。

建立吸力分布曲線的具體方法如下：

根據試樣的持水特征曲線(通過其他相關試驗獲得或參考相關材料的文獻資料)，將所得的質量含水率分布曲線轉換為相應的吸力分布曲線。

計算滲透系數的具體方法如下：

(1)計算瞬時水力梯度

在時刻t，試樣內一點的水力梯度可以表示為水頭剖面的坡度：