一种基于核磁共振成像确定试件不同位置含水量的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程岩石微观孔隙结构无损研究领域，具体涉及一种基于核磁共振成像确定试件不同位置含水量的方法。

背景技术

核磁共振技术在现代社会中广泛运用，不仅仅是在医疗行业，还是岩土工程领域或者是生物工程领域。在岩土领域，用于研究试件内部微观孔隙结构的变化，在石油开采、水泥水化、水分迁移等广泛运用。

而定量及精确确定试件不同位置的含水量，可直观的得出不同位置经过外界作用后的含水量以及孔隙变化趋势，进而确定试验破坏程度，预测试样的破坏趋势，这对于试验研究及实际工程中的运用是有重要的实际价值和意义的。现有的核磁共振的T2谱只可计算出试件总的含水量以及不同孔径的分布，而核磁共振成像只可直观的看出不同位置含水量的多少，不能够定量计算不同位置含水量。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：如何定量确定试件不同位置含水量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于核磁共振成像确定试件不同位置含水量的方法，包括如下步骤：

S1：采用相同的测试参数对已知孔隙度的多个试件测量T2谱，所述多个试件为孔隙度不同的试样，获得单位体积的核磁共振信号幅值与孔隙度之间的线性关系；

S2：通过试样T2谱的峰面积计算t时刻试件内的含水量；

S3：设试件高度为H，试件核磁共振成像高度为H

S4：根据

作为优选，所述S1中单位体积的核磁共振信号幅值与孔隙度之间的线性关系，如公式(1)所示：

y＝1.66x+0.082 (1)

其中，y表示单位体积峰面积，x表示孔隙度。

作为优选，所述S2中计算t时刻试件内的含水量采用公式(2)：

其中，V为试件的体积，ρ

作为优选，所述S3中

其中，

所述

作为优选，所述S4试件t时刻对应高度H

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

一、通过初次标定后，采用同一套参数，后期可根据测试的核磁共振测试的T2峰面积得出不同条件下试件孔隙度、含水量，无需对试样进行烘干、称重等繁琐操作，该方法简单、快速、便捷。

二、核磁共振成像的位图数据与含水量成正相关关系，通过对特定区域内对应的位图数据总和占整个区域内成像位图数据总和的占比，可求出出该区域内含水量，从而得出试件二维平面内相应区域含水量。该方法可实现实时定量观测不同试件不同区域含水量变化，实现试件内部含水量分布的二维可视化操作，进而观测到试件中的水分的迁移。而常规方法只能观测到试件的含水量而不能够快速观测试件内部的具体分布情况。相较常规方法而言，该方法可实现快速、无损、高效检测，同时兼顾了经济效益。

三、当是试件处于饱水状态时，可认为孔隙中全部被水充盈，水分分布即为试件内部孔隙分布情况，该方法即可间接测试出试样中的孔隙分布情况，相较于CT扫描而言，该方法所需检测成本低，同时采用的是低场的磁场，对于操作人员无辐射，该方法安全、可靠、可行。

附图说明

图1为多个不同孔隙度试件的T2谱。

图2为核磁共振信号幅值与孔隙度之间的线性关系。

图3为单位体积峰面积与孔隙度线性关系图。

图4为不同位置含水量分布图。

图5为图4中A部分大样图。

图6为图4中B部分大样图。

图7为图4中C部分大样图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

一种基于核磁共振成像确定试件不同位置含水量的方法基于核磁共振T2谱及核磁共振成像数据，实时计算表征不含或微量顺磁物质的岩石、土样内部二维水分分布及变化规律。通过此方法，可快速测试出试件的含水量，并得到试件中水分的分布情况。

本发明提供的一种基于核磁共振成像确定试件不同位置含水量的方法，具体的是不含或者微量顺磁物质的试样进行真空加压饱水后，对其进行低场核磁共振(NMR)测试和低场核磁共振成像(MRI)，获得试件中含有氢质子流体的T2谱及核磁共振成像。T2谱峰面积与试样含水量呈线性关系，通过不同含水量试件测试T2可得含水量与峰面积之间的线性关系，进而后期通过测量T2谱峰面积即可知道试件含水量。然后通过现有软件对核磁共振成像进行归一化处理，并导出位图数据，位图数据与成像颜色成正比，颜色越深，位图数据越大，而核磁成像颜色越深，则表示含水量越高，也就是含水量与位图数据同样呈正相关关系。因此，通过不同区域位图数据与位图数据总和比值乘以总的含水量，便可以求出试件在不同位置的含水量。本发明方法可实时、快速、无损检测试件二维平面内不同位置含水量，得到试件的实时水量分布。

一种基于核磁共振成像确定试件不同位置含水量的方法，包括如下步骤：

S1：采用相同的测试参数对已知孔隙度的多个试件测量T2谱，所述多个试件为孔隙度不同的试样，获得单位体积的核磁共振信号幅值与孔隙度之间的线性关系；

具体的，所述S1中单位体积的核磁共振信号幅值与孔隙度之间的线性关系如图2和公式(1)所示：

y＝1.66x+0.082 (1)

其中，y表示单位峰面积，x表示孔隙度。

S2：通过试样T2谱的峰面积计算t时刻试件内的含水量；具体的，计算t时刻试件内的含水量采用公式(2)：

其中，V为试件的体积，通过测量试件的尺寸可计算得到，ρ

S3：设试件高度为H，试件核磁共振成像高度为H

具体的，

其中，

所述

S4：根据

参见图1-7，主要使用低场核磁共振仪和新浇水泥砂浆试件，核磁共振采用低场核磁共振的CPMG序列测量测量得到试件水化过程不同时刻的T2谱，线圈型号为110m，回波时间为0.2ms，等待时间为2500ms，扫描次数为8，回波个数18000，模拟增益为18。

采用由苏州纽迈公司提供，孔隙度分别为0、1％、5％、10％、20％、30％的试样构建单位体积的核磁共振信号幅值与孔隙度之间的线性关系。

水泥砂浆浇筑模具采用3D打印机打印，模具尺寸为104mm×69mm×54mm，水泥砂浆配合比为2:1:0.45(骨料：水泥：水)，骨料为标准砂，水泥为白色硅酸盐水泥。按上述配合比浇筑完成并且调试好核磁共振设备后，将试件放入线圈中，每隔0.5h测量一次T2以及核磁共振成像，然后通过公式(1)-(5)计算不同位置的含水量。

该方法测试不同位置含水量的基于核磁共振信号量与试件含水量成正比，同时，核磁共振成像的位图数据与相应位置的含水量成正比。具体来说是：

一、通过对不同含水量/孔隙度的试样进行核磁共振测试，可得T2谱单位体积峰面积与孔隙度/含水量之间的线性关系，如公式(1)所示。

二、获得单位体积峰面积与孔隙度之间关系后通过孔隙度/含水量的关系，可根据公式(2)求出整个试件的含水量。

三、不同区域由于含水量不一样，因此在核磁共振成像相应区域的颜色不一致，含水量越高，颜色越亮，对应位图数据则越大。因此可通过特定区域内位图数据和在整个试件位图数据总和的占比得出该区域内含水量的占比，从而得出相应区域的含水量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。