在基礎設施建設的綠色轉型浪潮中，“土凝巖”作為一種低碳環保的新型材料，正逐漸取代傳統的水泥、石灰等固化劑，成為路基改良與地基加固的主力軍。土凝巖在固化過程中會填充微小孔隙并形成骨架，從而顯著提升土體的抗剪強度與耐久性，重構了土體內部的水分分布。那么土凝巖如何從微觀層面改變土體的物理化學性質？其改良后的孔隙水分布特征究竟發生了怎樣的變化？

低場核磁共振技術相較傳統土體水分測試方法：烘干法、紅外法等，具有無損快速精準的特點，能夠在分鐘級別給出準確的含水率結果，以及表征土體內部水分分布特征，此外低場核磁技術可以全孔徑尺寸表征土體內部納米級到毫米級的孔隙，可以檢測土體在不同環境下（干燥、飽和、加壓等）實時動態相變過程中的水分分布情況。

基于核磁共振技術對土凝巖改良土體的研究，不僅揭示了微觀孔隙水分布特征的演變規律，更為優化改良劑配方、預測土體長期性能提供了堅實的理論依據。

基于低場核磁土體在壓實、飽和及干燥過程中的孔隙水分布特征的研究案例^[1]：

樣品制備與測試：

樣品來源：實驗所用土料為取自中國北京延慶區的粉質黏土。

預處理：土樣首先在105°C下烘干，然后在密封袋中冷卻備用。

樣品配置：使用聚四氟乙烯（PTFE）環刀（內徑45.0mm，高20.0mm）制備試樣，制備方案涵蓋了不同壓實度（80%, 85%, 90%, 95%, 100%）和不同初始含水率（12%, 16.5%, 20%）的組合。

孔隙水分布（PWD）測量：PWD測量采用低場核磁共振（NMR）技術，其核心在于將NMR測得的T?譜轉化為具有明確物理意義的孔隙水分布曲線。

實驗結論：

圖一 不同類型孔隙水分布模型

圖一基于核磁劃分水分類型：

強束縛水：通過范德華力緊密吸附在黏土顆粒表面；

團聚體內孔隙水：填充在黏土顆粒聚集而成的“團聚體”內部孔隙中；

團聚體間孔隙水：存在于團聚體間的宏觀孔隙，是土壤中最自由、最容易被排出的水。

分布模型清晰的展示了不同水組分的在土體內部的位置。

圖二 飽和壓實試樣的孔隙水分布曲線

圖二顯示了不同壓實度下飽和壓制成型試樣的孔隙水分布特征：表明隨著壓實度的提高，孔隙水含量總體上呈現下降趨勢。這說明壓實過程中，土壤的孔隙空間被壓縮，導致孔隙水含量減少。

圖三 不同初始含水量下飽和壓實試樣的水分布特性

圖三顯示在較低的初始含水率下（w12），曲線呈單峰形態，表明土壤顆粒尚未充分聚集形成團聚體結構。當初始含水率增至（w16）和（w20）時，曲線轉變為雙峰形態，這標志著土壤顆粒已經聚集成團，形成了典型的“團聚體內孔隙”和“團聚體間孔隙”并存的二元結構。

圖四 土壤干燥過程中孔隙水分布的動態演化特征（a、b）

圖四為基于核磁共振技術的土壤干燥過程，兩個階段：

階段1（圖四a）?：在干燥初期，隨著飽和度從100%開始下降，對應較大孔隙被迅速排出。其中第一個峰值反而會暫時升高，這是因為大孔隙中的水被空氣取代后，不連續的水可能被識別為較小孔隙中的水，導致孔隙水含量的“假性”增加。

階段2（圖四b）?：隨著干燥繼續進行，曲線面積隨飽和度降低而減小，表明土壤整體水量下降。在團聚體間孔隙水完全排出后，團聚體內孔隙水含量開始快速減少。同時，整個曲線向左移動，反映了土壤干燥過程中的收縮現象。

該案例利用低場核磁技術，對土體中的水組分進行了劃分，同時研究了其在壓實、飽和及干燥過程中的水分布特征，為土凝巖土體改良孔隙水分布特征的表征提供支持。

參考文獻：

 [1] Zhao Y X, Wu L Z, Li X. NMR-based pore water distribution characteristics of silty clay during the soil compaction, saturation, and drying processes[J].Journal of Hydrology, 2024, 636(000):12

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