基于核磁共振与氮吸附技术的黄土含盐量对结合水膜厚度的影响研究
发布时间：2021-06-19 21:33
结合水膜是一种结合水,对深层黄土渗透与物理力学性质有重要影响,而水膜厚度是其中最为关键的参数。因黄土结构的特殊性及其微观性,结合水膜厚度一般不能通过实验手段直接测得,因此文章基于核磁共振技术与氮吸附试验展开重塑黄土孔隙溶液中含盐量对结合水膜厚度的影响研究。试验结果表明:（1）结合水与自由水的热力学性质不同,低温冻融试验显示黄土内结合水冰点约为-3.3℃,而自由水的冰点则要高于结合水冰点;同时两者在T2驰豫时间上的表现也不相同,通过核磁共振试验分析得到了两者的横向驰豫时间界限-T2截止值为1.65 ms。（2）黄土中结合水膜厚度与土体孔隙溶液内含盐量呈线性负相关,随着含盐量的增加,结合水含量降低,结合水膜厚度不断减小。黄土中含盐量的增加导致结合水膜变薄,水膜厚度的减小又会导致结合水抗剪强度降低,深层黄土渗透性增强。本次试验首次将核磁共振技术与氮吸附法相结合,应用于黄土含盐量与结合水膜厚度关系研究中,试验方法对试样无损伤,且测试快速便捷,具有较高的可靠性,为研究盐渍土中水的赋存状态提供了新思路。
【文章来源】：水文地质工程地质. 2020,47(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试样BET比表面曲线
基于结合水与自由水的冰点不同的特点，通过逐步升高温度，冰点低的结合水会先于冰点高的自由水融化，随着温度的升高，结合水先解冻，此时的核磁共振信号变强，但驰豫时间不会变化。而当自由水开始融化时，驰豫时间会逐步右移，那么结合水在横轴的交点的驰豫时间便是T2截止值[17]。根据图3曲线特征，可将整个升温序列可分为两个阶段。第一阶段为-10～-3.3℃，该期间T2驰豫曲线中信号值变化不大，第一个信号波峰的横轴回落点一致，均为1.65 ms。Razumova[5]认为自由水的冰点在0℃左右，弱结合水的冰点一般在-1～-4℃;Jaeger等[26]认为强结合水的冰点更低，由于核磁共振试验仅对液态水产生核磁信号，对固态水无信号，因此，可以认为-10～-3.3℃温度区间试样内未冻水含量几乎不变，而少量解冻的的水具有相似的热力学特性。由此推测此阶段内核磁共振信号均来源于结合水。第二阶段为-3.3～1℃，温度升高至-3.3℃时，T2驰豫曲线中第一个信号波峰在横轴上的回落点(1.65 ms)开始向右移动，说明此时试样内有与阶段一热力学性质不同的水开始逐步解冻。随着温度继续升高到自由水的冰点0℃时，大部分孔隙水已解冻，1℃时完全解冻。此外，核磁信号峰值也大幅增大，表明土体中在阶段二解冻的水含量多于阶段一解冻的水含量。T2驰豫曲线随温度的变化情况与Razumova、Jager的认识基本一致，综合两阶段分析，可推断出试验黄土弱结合水冰点约-3.3℃，强结合水冰点小于-10℃，试样结合水与自由水的T2截止值为阶段一中信号在横轴上的交点值1.65 ms。
图4为常温下测得的0～6 mol/L Na Cl含量试样的T2驰豫曲线，可以清楚地看到随着含盐量的增加，T2驰豫曲线整体向右移动，核磁信号强度也在不断衰减。由于T2驰豫曲线与横轴围成的峰面积代表了不同赋存状态的水相对含量，T2截止值左侧峰面积代表了结合水的相对含量，右侧峰面积代表了自由水的含量，因此，随着含盐量的增加，土体内部分水的赋存状态发生了改变。通过作图软件分别绘制驰豫时间0.01～1.65 ms与1.65～1.00×104ms的T2驰豫曲线与横轴所围成的多边形，然后计算获取结合水和自由水的峰面积(无量纲)，如表3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于异质SVM神经网络的土壤盐渍化灾害预测模型[J]. 武丹,贾科利,张晓东,张俊华. 水文地质工程地质. 2018(05)
[2]泾阳南塬蒋刘4#滑坡特征及成因机制[J]. 许强,魏勇,彭大雷,郭晨,巨袁臻. 水文地质工程地质. 2018(01)
[3]黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究[J]. 杨琴. 科学技术与工程. 2017(06)
[4]吸附水膜厚度确定致密油储层物性下限新方法——以辽河油田大民屯凹陷为例[J]. 王伟明,卢双舫,田伟超,周能武,李吉君,单俊峰,胡英杰,袁红旗. 石油与天然气地质. 2016(01)
[5]黄土抗剪强度与含水率的变化规律[J]. 邢鲜丽,李同录,李萍,付昱凯,习羽. 水文地质工程地质. 2014(03)
[6]基于核磁共振技术的土体吸附水含量测试与分析[J]. 田慧会,韦昌富. 中国科学:技术科学. 2014(03)
[7]黄土表面吸附结合水的类型和界限划分[J]. 王铁行,李彦龙,苏立君. 岩土工程学报. 2014(05)
[8]黏土结合水的热分析定量研究方法[J]. 谢刚,邓明毅,张龙. 钻井液与完井液. 2013(06)
[9]黄土坡滑坡滑带土氮气与水蒸气吸附试验研究[J]. 陈琼,项伟,崔德山,刘清秉,张茜. 岩土工程学报. 2013(04)
[10]土壤盐渍化研究现状及未来研究热点[J]. 李建国,濮励杰,朱明,张润森. 地理学报. 2012(09)
硕士论文
[1]陕西渭北黄土孔喉及水膜流动特性研究[D]. 明心凯.长安大学 2018
本文编号：3238580
【文章来源】：水文地质工程地质. 2020,47(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试样BET比表面曲线
基于结合水与自由水的冰点不同的特点，通过逐步升高温度，冰点低的结合水会先于冰点高的自由水融化，随着温度的升高，结合水先解冻，此时的核磁共振信号变强，但驰豫时间不会变化。而当自由水开始融化时，驰豫时间会逐步右移，那么结合水在横轴的交点的驰豫时间便是T2截止值[17]。根据图3曲线特征，可将整个升温序列可分为两个阶段。第一阶段为-10～-3.3℃，该期间T2驰豫曲线中信号值变化不大，第一个信号波峰的横轴回落点一致，均为1.65 ms。Razumova[5]认为自由水的冰点在0℃左右，弱结合水的冰点一般在-1～-4℃;Jaeger等[26]认为强结合水的冰点更低，由于核磁共振试验仅对液态水产生核磁信号，对固态水无信号，因此，可以认为-10～-3.3℃温度区间试样内未冻水含量几乎不变，而少量解冻的的水具有相似的热力学特性。由此推测此阶段内核磁共振信号均来源于结合水。第二阶段为-3.3～1℃，温度升高至-3.3℃时，T2驰豫曲线中第一个信号波峰在横轴上的回落点(1.65 ms)开始向右移动，说明此时试样内有与阶段一热力学性质不同的水开始逐步解冻。随着温度继续升高到自由水的冰点0℃时，大部分孔隙水已解冻，1℃时完全解冻。此外，核磁信号峰值也大幅增大，表明土体中在阶段二解冻的水含量多于阶段一解冻的水含量。T2驰豫曲线随温度的变化情况与Razumova、Jager的认识基本一致，综合两阶段分析，可推断出试验黄土弱结合水冰点约-3.3℃，强结合水冰点小于-10℃，试样结合水与自由水的T2截止值为阶段一中信号在横轴上的交点值1.65 ms。
图4为常温下测得的0～6 mol/L Na Cl含量试样的T2驰豫曲线，可以清楚地看到随着含盐量的增加，T2驰豫曲线整体向右移动，核磁信号强度也在不断衰减。由于T2驰豫曲线与横轴围成的峰面积代表了不同赋存状态的水相对含量，T2截止值左侧峰面积代表了结合水的相对含量，右侧峰面积代表了自由水的含量，因此，随着含盐量的增加，土体内部分水的赋存状态发生了改变。通过作图软件分别绘制驰豫时间0.01～1.65 ms与1.65～1.00×104ms的T2驰豫曲线与横轴所围成的多边形，然后计算获取结合水和自由水的峰面积(无量纲)，如表3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于异质SVM神经网络的土壤盐渍化灾害预测模型[J]. 武丹,贾科利,张晓东,张俊华. 水文地质工程地质. 2018(05)
[2]泾阳南塬蒋刘4#滑坡特征及成因机制[J]. 许强,魏勇,彭大雷,郭晨,巨袁臻. 水文地质工程地质. 2018(01)
[3]黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究[J]. 杨琴. 科学技术与工程. 2017(06)
[4]吸附水膜厚度确定致密油储层物性下限新方法——以辽河油田大民屯凹陷为例[J]. 王伟明,卢双舫,田伟超,周能武,李吉君,单俊峰,胡英杰,袁红旗. 石油与天然气地质. 2016(01)
[5]黄土抗剪强度与含水率的变化规律[J]. 邢鲜丽,李同录,李萍,付昱凯,习羽. 水文地质工程地质. 2014(03)
[6]基于核磁共振技术的土体吸附水含量测试与分析[J]. 田慧会,韦昌富. 中国科学:技术科学. 2014(03)
[7]黄土表面吸附结合水的类型和界限划分[J]. 王铁行,李彦龙,苏立君. 岩土工程学报. 2014(05)
[8]黏土结合水的热分析定量研究方法[J]. 谢刚,邓明毅,张龙. 钻井液与完井液. 2013(06)
[9]黄土坡滑坡滑带土氮气与水蒸气吸附试验研究[J]. 陈琼,项伟,崔德山,刘清秉,张茜. 岩土工程学报. 2013(04)
[10]土壤盐渍化研究现状及未来研究热点[J]. 李建国,濮励杰,朱明,张润森. 地理学报. 2012(09)
硕士论文
[1]陕西渭北黄土孔喉及水膜流动特性研究[D]. 明心凯.长安大学 2018
本文编号：3238580
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3238580.html
