近年來(lái)，隨著核廢料處置庫(kù)建設(shè)中工程問(wèn)題的增多，工程屏障中的緩沖回填材料膨潤(rùn)土,其工程性質(zhì)逐漸受到重視?，F(xiàn)階段，無(wú)論是緩沖材料回填材料還是襯墊材料，國(guó)際上公認(rèn)的最優(yōu)選擇是壓實(shí)的膨潤(rùn)土或者膨潤(rùn)土－骨料混合物。這主要是因?yàn)榕驖?rùn)土中含有大量的黏土礦物蒙脫石，相對(duì)普通黏土礦物，蒙脫土比表面極大，外表面為50-120m2/g，內(nèi)表面為700-840 m2/g，陽(yáng)離子交換容量為80-154meq/100g，使得膨潤(rùn)土具有低滲透性、高膨脹性、高吸附性和較好的力學(xué)性能。另外，膨潤(rùn)土材料不僅具備滿足緩沖和回填雙重功能的重要特性，而且其造價(jià)低、分布廣泛、易于開采和加工，因此成為世界各國(guó)優(yōu)選的緩沖回填材料。當(dāng)緩沖/回填材料回填完成時(shí)，膨潤(rùn)土處于非飽和狀態(tài)。在核廢料處置庫(kù)的運(yùn)營(yíng)期間，膨潤(rùn)土將遭受長(zhǎng)期的擴(kuò)散核輻射熱和圍巖中的析出的水分使得膨潤(rùn)土含水量與孔隙水溫度發(fā)生較大的變化，極大的改變膨潤(rùn)土的水力性質(zhì)。在此過(guò)程中處置罐一旦腐蝕并發(fā)生泄漏，核素就會(huì)隨著膨潤(rùn)土中吸附水發(fā)生遷移與擴(kuò)散，最終影響人類的生存環(huán)境。因此為了更深入理解孔隙水含量與溫度對(duì)膨潤(rùn)土水力性質(zhì)的影響，從微觀的角度探測(cè)土水相互作用顯得十分必要。

　　核磁共振技術(shù)是一項(xiàng)研究單位體積中質(zhì)子（即氫核）含量與分布的快速、無(wú)損探測(cè)技術(shù)。核磁共振響應(yīng)可以反映客體分子附近局部分子水平的結(jié)構(gòu)信息，因?yàn)楹舜殴舱癯谠ヅc波動(dòng)的磁相互作用直接相關(guān)，這取決于分子內(nèi)和分子間的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，使得核磁共振技術(shù)為表征孔隙水的物理和化學(xué)環(huán)境提供了一種方法。由于水中1H的核磁信號(hào)較強(qiáng)，且廣泛存在于大自然中，目前基于1H探測(cè)的核磁共振技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、地質(zhì)找水、巖土工程、食品和生物分析等領(lǐng)域。

　　基于核磁共振在表征孔隙水水分狀態(tài)上的優(yōu)勢(shì)，武漢巖土所韋昌富研究團(tuán)隊(duì)研究了脫濕過(guò)程中溫度變化對(duì)膨潤(rùn)土孔隙水狀態(tài)的影響，同時(shí)利用土體顆粒表面離子-質(zhì)子自旋耦合和水分子二維擴(kuò)散模型得到膨潤(rùn)土T1-T2譜，獲得孔隙水微觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)，解釋了含水量與溫度對(duì)膨潤(rùn)土土水作用的影響。并根據(jù)計(jì)算得到的吸附水?dāng)U散系數(shù)和有效活化能預(yù)測(cè)了膨潤(rùn)土滲透系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律。聯(lián)合壓汞實(shí)驗(yàn)與核磁共振弛豫時(shí)間譜分析了脫濕過(guò)程中膨潤(rùn)土孔徑分布的變化過(guò)程。

　　以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、青年基金（51939011、51639008、41502301）的資助，相關(guān)研究成果發(fā)表在Water Resources Research上。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1029/2020WR027537

（a）0 MPa                                                  (b) 3.29 MPa

(c) 12.7 MPa                                                 (d) 71 MPa

圖1 膨潤(rùn)土脫濕過(guò)程中的孔隙水狀態(tài)變化

圖2 溫度對(duì)膨潤(rùn)土孔隙水活化能的影響

（文/圖 圖動(dòng)力學(xué)組）