圍巖造縫評價：基于裂隙與孔隙發(fā)育動態(tài)監(jiān)測的低場核磁共振應(yīng)用

圍巖造縫評價是隧道工程、礦山開采、地下儲氣庫建設(shè)等領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。圍巖作為地下工程周圍的巖體，其穩(wěn)定性與完整性直接關(guān)系到工程的安全與持久性。在外部應(yīng)力擾動下，圍巖內(nèi)部裂隙的萌生、擴(kuò)展及孔隙結(jié)構(gòu)的演化，是控制其力學(xué)行為與滲流特性的核心因素。因此，通過裂隙評價與孔隙發(fā)育分析來科學(xué)評估圍巖造縫過程，具有重要的工程意義。近年來，低場核磁共振（LF-NMR）技術(shù)憑借其動態(tài)原位監(jiān)測能力，為圍巖造縫評價提供了全新的技術(shù)路徑。

一、圍巖造縫評價的背景與意義

圍巖是指地下工程開挖后周圍受擾動的巖體。在施工或運營過程中，圍巖常受到以下應(yīng)力作用：

· 開挖擾動：如隧道掘進(jìn)、礦房回采等引起的應(yīng)力重分布；

· 水力壓裂：如儲層改造、地?zé)衢_發(fā)中的人工造縫；

· 爆破震動：采礦或基礎(chǔ)工程中的沖擊載荷；

· 長期荷載：如地下水滲流、地應(yīng)力變化引起的時效變形；

· 循環(huán)應(yīng)力：如交通荷載、地震波反復(fù)作用。

這些應(yīng)力作用會導(dǎo)致圍巖內(nèi)部裂隙擴(kuò)展、孔隙結(jié)構(gòu)變化，甚至誘發(fā)失穩(wěn)破壞。因此，開展圍巖造縫評價，不僅有助于預(yù)測圍巖穩(wěn)定性，還能為支護(hù)設(shè)計、災(zāi)害防控提供科學(xué)依據(jù)。

二、圍巖造縫評價的路徑：裂隙與孔隙發(fā)育分析

圍巖造縫評價主要圍繞以下兩個方面展開：

1. 裂隙評價

裂隙是圍巖中結(jié)構(gòu)面發(fā)育的主要形式，其分布密度、連通性、開度等參數(shù)直接影響巖體的強(qiáng)度與滲透性。裂隙評價方法包括：

· 宏觀裂隙統(tǒng)計：通過地質(zhì)雷達(dá)、鉆孔攝像等手段獲取裂隙分布；

· 微觀裂隙分析：借助掃描電鏡、CT掃描等手段觀察微裂隙結(jié)構(gòu)；

· 動態(tài)裂隙監(jiān)測：實時追蹤裂隙擴(kuò)展過程，如聲發(fā)射、數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)。

2. 孔隙發(fā)育分析

孔隙是圍巖中流體儲存與運移的空間，其大小、分布、連通性等參數(shù)決定了巖體的滲流特性。孔隙發(fā)育分析手段包括：

· 壓汞法：測量孔隙大小分布；

· 氣體吸附法：評估微孔與介孔特征；

· 核磁共振（NMR）：通過弛豫時間分析孔隙結(jié)構(gòu)與流體分布。

裂隙與孔隙發(fā)育相互影響，共同構(gòu)成圍巖的“雙重介質(zhì)”結(jié)構(gòu)。因此，綜合裂隙評價與孔隙發(fā)育分析，是圍巖造縫評價的路徑。

三、低場核磁共振技術(shù)在圍巖造縫評價中的應(yīng)用

低場核磁共振（LF-NMR）技術(shù)憑借其無損、高精度、動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)勢，近年來在圍巖造縫評價中展現(xiàn)出巨大潛力。

相比傳統(tǒng)裂隙探測技術(shù)，低場核磁具有以下突出優(yōu)勢：

動態(tài)原位監(jiān)測：可實時追蹤圍巖在應(yīng)力作用下裂隙萌生、擴(kuò)展及孔隙結(jié)構(gòu)演化的全過程；

恒定梯度分層技術(shù)：通過施加恒定磁場梯度，實現(xiàn)高分辨率分層測試，最短分層厚度可達(dá)5mm；

多場景適應(yīng)性強(qiáng)：適用于壓裂、驅(qū)替、三軸試驗、應(yīng)力損傷、爆破等多種造縫場景；

無損檢測：不破壞樣品結(jié)構(gòu)，可重復(fù)測試，適合長期演化研究。

圍巖造縫評價是地下工程安全與穩(wěn)定性的重要保障。低場核磁共振技術(shù)憑借其動態(tài)原位監(jiān)測、高分辨率分層、多場景適應(yīng)等優(yōu)勢，正在成為裂隙評價與孔隙發(fā)育分析的核心工具。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，它將在隧道工程、礦山開采、地下儲氣庫等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，推動圍巖造縫評價從“靜態(tài)描述”向“動態(tài)預(yù)測”跨越，為工程安全與資源高效開發(fā)提供科學(xué)保障。