冻融循环是寒区土体力学特性研究中不可忽视的因素，对土体结构和工程稳定性具有重要影响。近年来，随着低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR）技术的发展，其在冻融土体结构变化研究中的应用逐渐增多。
低场核磁共振技术是一种无损检测技术，通过测定孔隙水中的氢质子弛豫特性来获取土体孔隙结构信息。该技术能够提供关于孔隙大小分布、孔隙度、水分含量等参数的详细信息，对于研究冻融过程中土体内部结构的变化具有独特优势。相比于传统的压汞试验和扫描电镜等方法，LF-NMR技术能够进行非破坏性、实时和动态的测试，为冻融土体结构研究提供了新的视角。
利用LF-NMR技术探究季节冻土区膨胀土渠道边坡浅层滑动机理。研究发现，在单向开放补水冻结条件下，膨胀土含水率和孔隙率变化与力学特性之间存在密切联系。冻融作用导致土体内大孔隙数量减少，中孔数量增多，孔径普遍减小。此外，研究还发现春融期微薄层状构造冰透镜体发育导致土体抗剪强度降低是季节冻土区膨胀土渠道边坡失稳的主要原因。
图1.最终含水率分布图
图2.饱和含水率试样T2时间分布曲线
图3.不同冻结方式试样T2时间分布曲线
研究关注不同水灰比混凝土在冻融循环作用下的力学性能退化规律和微观孔隙结构损伤。通过LF-NMR技术，研究建立了孔隙率损伤模型，定量评估了混凝土的超声波速与力学性能的劣化规律。结果表明，随着冻融循环次数的增加，混凝土的相对动弹性模量、超声波波速和力学性能均呈下降趋势。
图4.不同冻融循环次数后 T2 分布变化曲线(a)
图5.不同冻融循环次数后 T2 分布变化曲线(b)
图6.孔隙率损伤变量随冻融循环次数变化关系曲线
案例3.冻融岩石蠕变特性及孔隙结构演化特征研究
以陕北某工程的红砂岩为研究对象，通过冻融岩石的加卸载蠕变试验，并配合核磁共振检测，对冻融红砂岩蠕变过程中的宏观力学指标及细观参数的演化进行定量分析。研究发现，冻融加剧了蠕变阶段孔隙度的增长，高应力水平下冻融对孔隙度增长的影响更为显著。
图7.冻融红砂岩蠕变过程中 T2 分布曲线
图8.蠕变过程中红砂岩的孔径分布占比
研究解析冻融影响下土石混合体-混凝土界面的强度行为，揭示了界面强度与孔隙结构和颗粒骨架的互馈效应。研究通过LF-NMR分层测试及PFC数值模拟，获取了界面区抗剪强度参数及孔隙结构演化特性，明晰了界面颗粒旋转运移特征。
图9.不同冻融次数下界面层核磁结果（R为含石率）
1、冻融循环对土体孔隙结构和力学性能有显著影响，导致土体孔隙度增加、强度降低。
2、LF-NMR技术能够准确捕捉冻融过程中土体内部结构的变化，为土体力学特性研究提供了新的视角。
3、结合LF-NMR技术和数值模拟方法，可以更深入地理解冻融作用下土体结构的演变机制，为寒区工程设计和灾害防治提供科学依据。
随着技术的不断进步和应用的深入，低场核磁共振技术将在冻融土体结构研究领域发挥越来越重要的作用。
苏州泰纽测试服务有限公司，作为低场核磁共振技术及冻融技术测试服务的领先者，我们致力于为客户提供最精准、最专业的土体结构变化分析。在冻融环境这一复杂而多变的领域中，泰纽以先进的技术和专业的服务，为您的项目提供坚实的科学支持。
参考文献：
[1]汪恩良，刘承前，刘兴超，等. 冻融条件下基于核磁共振技术的膨胀土孔隙及抗剪强度研究[J]. 冰川冻土，2024，46(1)：1-11. Wang Enliang, Liu Chengqian, Liu Xingchao, et al. Study of pore and shear strength of expansive soils based on nuclear magnetic resonance technology under freeze-thaw conditions[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2024, 46(1): 1-11.
[2]张恺，王茂华，尹志刚，等. 冻融循环下混凝土力学性能及孔隙损伤劣化研究[J]. 建筑结构，2023, 53(S2): 1342-1346. Zhang Kai, Wang Maohua, Yin Zhigang, et al. Study on the mechanical properties and pore damage deterioration of concrete under freezing-thawing condition[J]. Building Structure, 2023, 53(S2): 1342-1346.
[3]宋勇军，孟凡栋，毕冉，等. 冻融岩石蠕变特性及孔隙结构演化特征研究[J]. 水文地质工程地质，2023, 50(6): 69-79. Song Yongjun, Meng Fandong, Bi Ran, et al. Research on creep characteristics and pore structure evolution characteristics of freezing-thawing rocks[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2023, 50(6): 69-79.
[4]唐丽云，李屹恒，于永堂，等. 冻融作用下土石混合体-混凝土界面强度劣化、孔隙结构演化及颗粒运移研究[J]. 冰川冻土，2023, 45(3): 1047-1062. Tang Liyun, Li Yiheng, Yu Yongtang, et al. Study on strength deterioration, pore structure evolution and particle migration of interface between soil-rock mixture and concrete under freeze-thaw action[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2023, 45(3): 1047-1062.
