深部工程岩体在开挖过程中，会因卸荷效应产生大量裂隙，进而导致围岩失稳破坏。注浆加固是处理裂隙岩体最有效的手段之一，能够显著改善围岩的力学性能和抗渗性能。浆液在岩石孔隙和裂隙中的填充程度是评价注浆效果的重要参数。
然而，岩体的渗流通道由复杂的非连续结构（裂隙与孔隙）组成，精确反映浆液在裂隙岩体中的渗流特性或预测其扩散范围存在较大困难。裂隙特征、注浆参数及外部地质条件（如裂隙倾角、注浆压力和围压）对浆液在裂隙岩体中的扩散特性和填充程度均有显著影响。
已有大量研究通过理论分析和数值方法探究裂隙岩体注浆机理，但这类方法主要基于几何简化和运动学假设，难以真实展示浆液在真实裂隙岩石结构中的渗流特性。实验测试成为研究浆液在裂隙岩体中扩散特性的有力替代手段，但受方法所限，仍难以揭示围压作用下浆液在真实岩石微孔隙中的扩散过程。低场核磁共振（LF-NMR）方法作为一种强大的无损检测手段，能够通过监测氢原子的共振弛豫过程精确表征微观结构演化过程，其在注浆试验中的应用可以实时追踪浆液水化过程并观察其在岩石孔隙和裂隙中的扩散特性。
已有研究在化学浆液扩散过程方面存在不足：以往的研究多通过主观描述NMR T 分布来分析浆液在裂隙孔隙砂岩中的渗流过程，缺乏对复杂裂隙-孔隙介质中浆液扩散特性的定量分析方法。
科研案例
Experimental Investigation on the Grouting Diffusion Characteristics and Relative Filling Degree of Chemical Slurry in Fractured Porous Sandstone[1]
样品信息
砂岩，圆柱形试件尺寸为Φ25 mm × H50 mm。
裂隙构造
为模拟不同裂隙状态，制备了三种不同倾角的裂隙多孔砂岩试件，倾角分别为θ=0°、10°和27°。
样品裂缝示意图
实验设备
低场核磁共振：MacroMR12-150H-I（苏州纽迈分析仪器股份有限公司）
实验方案
01
#实验设计逻辑#
为系统研究围压、注浆压力和裂隙倾角三个变量对浆液在裂隙多孔砂岩中扩散特性的影响，对三个参数进行系统变化，对应不同的注浆压力（0.5、1.0、1.3 MPa）、围压（2、5、10、20 MPa）和裂隙倾角（0°、10°、27°）组合。
02
#浆液材料选择与测试#
首先通过倒杯法在恒温20°C下测量不同配比化学浆液的初凝时间，基于设备安全性选择配比7的浆液；随后用旋转粘度计测试所选浆液的时变流变特性，结果表明粘度曲线呈现三阶段特征（初始、缓慢、快速增长阶段）。
03
#试件与围压施加#
将干燥的裂隙多孔岩样通过热缩管与岩芯夹持器紧密连接，接通油管后通过注入氟油施加不同围压（2.0、5.0、10和20 MPa），随后测量干燥试件的初始NMR T 信号。
04
#注浆与实时监测#
连接注浆管路后，以不同注浆压力（0.5、1.0和1.3 MPa）稳定注入浆液，每15秒测量一次NMR T 信号。其中0.5、1.0和1.3 MPa的注入压力分别等效换算为单位时间注入量3、5和7 mL/min。
实验分析
砂岩核磁法孔径分布
所采用砂岩的孔隙分布曲线和NMR T 分布曲线（关于该砂岩的孔隙特性，图中说明孔隙尺寸主要集中在0.01–0.16 μm范围内，NMR T 信号在约1–10 ms区间呈现峰值，对应孔隙中的流体弛豫行为）。
核磁信号与注浆含量的关系曲线
提供了NMR信号与浆液体积之间定量转换的关键标定关系。在进行正式注浆试验后，可以将实时监测到的NMR T 信号强度转换为实际的注入浆液体积。为定量分析不同围压、注浆压力和裂隙倾角条件下注入浆液体积随时间的变化过程提供了前提条件。
01
不同围压条件下，浆液注入孔隙和
裂隙过程中NMR T 弛豫分布随时
间演化的实验结果
每个子图均为同一条件下的NMR T 弛豫谱，横轴为弛豫时间T （对数刻度），纵轴为NMR信号幅值，图中包含t = 0 s、30 s、60 s、90 s四个时间点的曲线，用于表征浆液注入过程中孔隙和裂隙内流体分布的动态演化。该组试验均在注浆压力Pd = 1.3 MPa、裂隙倾角θ = 0°的条件下完成。
不同围压下注浆弛豫分布
揭示围压对浆液扩散模式的影响，可从不同围压下NMR T 曲线演化特征的差异来理解。初始状态下，干燥裂隙多孔砂岩试件的NMR T 弛豫分布总体呈三峰分布，其中三个峰（P 、P 和P ）分别反映试件中微孔隙、大孔隙和裂隙中的浆液注入量。当注浆时间从t = 0 s增加到30 s时，第一峰（P ）开始与第二峰（P ）合并形成新的第一峰（P ），且新生成的第一峰（P ）和第二峰（P ）均显著增大，表明1.3 MPa的注浆压力可以忽略围压的影响，将浆液同时注入岩石孔隙和裂隙中。需要指出的是，随着围压增大，注浆体积受到明显抑制，尤其在裂隙中的浆液注入量方面，当围压从2.0 MPa增加到20 MPa时，第二峰（P ）的峰值和面积均大幅减小。此外，在Pc ≥ 10 MPa条件下，新峰（P ）的峰面积也明显小于其他两种围压条件。
02
不同注浆压力条件下，浆液注入孔
隙和裂隙过程中NMR T 弛豫分布
随时间演化的实验结果
每个子图均为同一条件下的NMR T 弛豫谱，横轴为弛豫时间T （对数刻度），纵轴为NMR信号幅值，图中包含t = 0 s、30 s、60 s、90 s四个时间点的曲线，用于表征浆液注入过程中孔隙和裂隙内流体分布的动态演化。该组试验均在围压Pc = 10 MPa、裂隙倾角θ = 0°的条件下完成。
不同注浆压力下注浆弛豫分布
揭示注浆压力对浆液扩散模式的影响，可通过不同注浆压力下NMR T 曲线演化特征的差异来理解。在较低注浆压力（Pd = 0.5 MPa）条件下，当注浆时间达到30 s时，NMR T 曲线仍呈三峰分布，其中第三峰（P ）面积增幅显著，表明浆液扩散过程此时主要发生在裂隙中；当注浆时间达到60 s时，第一峰（P ）开始与第二峰（P ）合并形成新峰（P ），且新峰和第二峰均显著增加，表明浆液可同时扩散至孔隙和裂隙；当注浆时间达到90 s时，新峰增幅明显大于第二峰，说明0.5 MPa的注入压力在10 MPa围压下仍无法有效驱动浆液流入裂隙，NMR信号的增加主要源于浆液在孔隙中的扩散过程。
03
不同裂隙倾角条件下，浆液注入孔
隙和裂隙过程中NMR T 弛豫分布
随时间演化的实验结果
每个子图均为同一条件下的NMR T 弛豫谱，横轴为弛豫时间T （对数刻度），纵轴为NMR信号幅值，图中包含t = 0 s、30 s、60 s、90 s四个时间点的曲线，用于表征浆液注入过程中孔隙和裂隙内流体分布的动态演化。该组试验均在围压Pc = 2 MPa、注浆压力Pd = 1.3 MPa的条件下完成。
不同注浆角度下注浆弛豫分布
揭示裂隙倾角对浆液扩散模式的影响，可从不同倾角下NMR T 曲线演化特征的差异来理解。对于θ = 0°的试件（裂隙方向与注浆压力方向一致），当注浆时间达到t = 30 s时，第一峰（P ）开始与第二峰（P ）合并形成新第一峰（P ），且新生成的第一峰和第二峰（P ）均显著增大，表明当裂隙倾角为θ = 0°时，1.3 MPa的注入压力可以将浆液同时注入大孔隙和裂隙中。当注浆时间达到t = 60 s时，新峰（P ）和第二峰（P ）面积出现显著增加，但第二峰（P ）的峰值略有下降，这可能是由于先前注入的浆液不断被裂隙面两侧的孔隙所吸收。当注浆时间达到t = 90 s时，两个峰的面积继续增加，但增长率较低，因为此时注浆过程已接近屈服状态，浆液扩散速率降低。当裂隙倾角为θ = 10°时，浆液的NMR T 信号演化过程与θ = 0°时类似，在Pc = 2.0 MPa和Pd = 1.3 MPa条件下，注浆时间达到t = 30 s时即可将浆液同时注入孔隙和裂隙中。
小结
1
围压通过压缩岩石裂隙和孔隙来影响浆液的扩散路径与效率
由于岩石试件中存在多尺度孔隙，注浆过程中试件在围压作用下发生压缩变形，导致孔隙体积和裂隙开度减小，难以形成主要的渗流通道，从而直接影响浆液在岩石试件中的扩散特性，表现为浆液在裂隙多孔砂岩中的渗透率随围压增大而降低。
2
注入压力直接决定了浆液在裂隙多孔砂岩中的扩散模式
在较低的注浆压力下，浆液难以直接进入微孔隙，扩散方式为裂隙→大孔隙→微孔隙；而在较高的注浆压力下，注入压力可驱动浆液直接进入岩石孔隙，扩散方式为微孔隙→裂隙→大孔隙。
3
裂隙倾角通过改变浆液的初始渗流方向来影响扩散过程
当裂隙倾角增大时，能量损失减少了注入压力的侧向扩散能力，使浆液难以进入孔隙和裂隙，整体注入浆液体积随之下降，浆液在裂隙多孔砂岩中的渗透率随裂隙倾角增大而线性降低。具体而言，当裂隙倾角为θ= 0°和10°时，浆液在裂隙多孔砂岩中的渗流模式为裂隙→大孔隙→微孔隙；而当裂隙倾角为θ = 27°时，渗流模式转变为微孔隙→裂隙→裂隙与孔隙之间的交换。
推荐设备：
大口径核磁共振成像分析仪
[1] Yuan Z线上靠谱正规配资, Bin L, Mengyi L L. Experimental Investigation on the Grouting Diffusion Characteristics and Relative Filling Degree of Chemical Slurry in Fractured Porous Sandstone[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2023, 56(11):7819-7837.
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