在寒区工程建设中，冻融循环是影响岩土体稳定性的 “隐形杀手"。岩土经历反复冻融循环时，内部水 - 冰相变引发的体积膨胀与收缩，会直接导致孔隙结构重塑、微裂缝萌生扩展、水分异常迁移等问题，进而威胁道路、桥梁、隧道等工程的长期安全。传统监测方法多存在有损、无法原位定量等缺陷，而低场核磁共振（LF-NMR）技术的出现，为岩土冻结过程表征提供了全新解决方案，成为破解冻融循环下岩土监测难题的核心技术。

一、冻融循环对岩土体的危害：那些看不见的 “内伤"

寒区岩土常年处于 “冻结 - 融化" 的循环交替中，水 - 冰相变产生的物理效应，会给岩土体带来一系列 “内伤"：

孔隙结构劣化：冻结时冰体膨胀挤压孔隙壁，使微孔扩张、大孔形成；融化后水分流失导致孔隙塌缩或重构，改变岩土原有孔隙分布；

微裂缝发育：反复胀缩应力超过岩土抗拉强度，引发微裂缝萌生，且裂缝会随冻融循环次数增加持续扩展，降低岩土完整性；

水分分布紊乱：冻结阶段水分向冻结锋面迁移聚集，融化后水分在重力、基质吸力作用下重分布，加剧岩土力学性能劣化；

工程风险加剧：这些变化直接导致岩土力学强度下降、渗透性能增强，最终引发冻胀融沉、边坡失稳、地基变形等工程灾害。

因此，精准捕捉冻融循环下岩土体内部变化，实现岩土冻结过程表征，对寒区工程设计、施工及运维具有重要意义。

二、低场核磁共振技术：岩土冻结过程表征的 “无损利器"

传统岩土监测方法如钻孔取样、超声波检测等，或存在破坏性，或无法实现原位定量监测，难以全面反映冻融循环下岩土体的动态变化。而低场核磁共振（LF-NMR）技术凭借 “无损、原位、定量、快速响应" 的独特优势，成为岩土冻结过程表征的理想工具。

其原理是利用岩土体中水分子的核磁共振信号差异，通过分析 T₂弛豫时间谱、信号强度等参数，精准反演岩土内部孔隙结构、水分状态、裂缝发育等信息，全程不损伤试样、不干扰岩土原有状态，实现对冻融循环过程的动态追踪。

三、低场核磁共振技术在冻融循环岩土监测中的 4 大核心应用

1. 孔隙结构动态演化表征：看透岩土 “呼吸" 的奥秘

冻融循环下，岩土孔隙结构的动态变化直接反映其劣化程度。低场核磁共振技术通过分析 T₂弛豫时间谱的峰位、峰面积及峰形变化，可精准识别微孔、中孔、大孔等不同尺寸孔隙的相对含量与分布特征演变规律。

例如，冻结阶段大孔水分先结冰，T₂谱对应大孔的峰面积减小；融化阶段冰体消融，大孔峰面积回升，通过这些变化能定量掌握孔隙扩张、塌缩的动态过程，为揭示冻融循环下岩土孔隙劣化机制提供直接数据支撑。

2. 未冻水含量与相态动态监测：掌控水分 “冻结密码"

未冻水的含量与分布是影响岩土冻胀敏感性、力学强度的核心因素。在冻融循环的冻结与融化阶段，低场核磁共振技术可通过弛豫信号强度与弛豫时间的变化，实时监测未冻水含量的动态变化，同时精准揭示水分冻结顺序 —— 大孔隙水分因束缚力小先冻结，小孔隙水分因强束缚效应后冻结，以及残留未冻水在不同孔隙中的空间分布特征。

这些数据能帮助工程师深入理解岩土冻结过程中水分相态转化机制，为优化冻土工程防冻设计、降低冻胀风险提供关键参数。

3. 冻融诱导裂缝萌生与扩展成像：捕捉裂缝 “生长轨迹"

微裂缝的萌生与扩展是岩土体损伤的直观表现。低场核磁共振技术利用质子信号差异，可对冻融前后岩土试样进行二维、三维成像，直观清晰地显示冻融循环诱导微裂缝的空间位置、长度、宽度、走向及连通性变化。

从裂缝最初萌生，到随冻融循环持续扩展，再到形成连通裂缝网络，该技术能实现全程动态追踪与定量描述，为评估冻融循环下岩土体损伤程度、预判工程稳定性提供可视化依据。

4. 水分迁移与重分布规律分析：追踪水分 “流动路径"

冻融循环中，温度梯度驱动下的水分迁移与融化后重分布，是加剧岩土劣化的重要过程。低场核磁共振技术通过监测不同空间位置、不同时间点的信号强度变化，能精准捕捉冻结阶段水分向冻结锋面迁移的速率、路径及聚集规律，同时定量分析融化后水分在岩土内部的重分布特征。

这一应用可帮助阐明冻融循环下岩土体水分运移机制，为解决冻土工程中的冻胀融沉问题、优化工程排水设计提供科学指导。

应用案例：多孔介质冻融循环的非水相液体重新分配

不同PCE饱和度样品在不同冻融周期后的T2分布曲线

不同样品不同冻融周期下的纵向截面核磁成像

四、低场核磁共振技术：推动寒区岩土工程高质量发展

在寒区工程建设需求日益增长的背景下，低场核磁共振技术以其在冻融循环岩土监测中的独特优势，正成为岩土冻结过程表征的核心技术手段。它不仅能为科研人员揭示冻融循环下岩土体劣化机制提供精准数据，更能为工程技术人员优化设计、防控风险提供实用指导，有效降低冻胀融沉等灾害带来的经济损失，推动寒区岩土工程向安全、高效、可持续方向发展。

未来，随着低场核磁共振技术的不断升级，其在寒区道路、铁路、隧道、矿山边坡等工程领域的应用将更加广泛，为寒区工程建设保驾护航。

关键词：岩土冻结过程表征、冻融循环、低场核磁共振技术、无损检测、实时原位