背景：地(di)震液(ye)化的“水(shui)"之(zhi)關(guan)鍵

地(di)震液(ye)化，常發(fa)生在(zai)沙(sha)土(tu)、粉(fen)土(tu)、淤(yu)泥等飽和疏(shu)松(song)沈積(ji)層(ceng)中(zhong)。當地(di)震波襲來(lai)，土(tu)壤(rang)顆(ke)粒(li)結構發(fa)生震動重組，孔(kong)隙(xi)水(shui)來(lai)不及(ji)排(pai)出，導(dao)致孔(kong)隙(xi)水(shui)壓(ya)力急(ji)劇(ju)上升(sheng)。當(dang)此(ci)壓(ya)力完-全抵(di)消(xiao)土(tu)壤(rang)顆(ke)粒(li)間的有效應(ying)力(li)時(shi)，土(tu)壤(rang)瞬(shun)間失去剪切(qie)強(qiang)度(du)，由固態變(bian)為“液(ye)態"，引(yin)發(fa)建築(zhu)傾(qing)覆、地(di)面噴砂(sha)冒(mao)水等(deng)災(zai)難。

整個(ge)過(guo)程的(de)核心(xin)驅(qu)動(dong)力是水。水(shui)分(fen)運(yun)移(yi)的(de)路徑(jing)、含水(shui)率的(de)局部(bu)變(bian)化以(yi)及(ji)最(zui)終的水分分布狀態(tai)，直接(jie)決(jue)定(ding)了孔(kong)隙(xi)壓(ya)力的(de)累(lei)積(ji)與(yu)消(xiao)散，是(shi)理解和預(yu)測(ce)液(ye)化現(xian)象(xiang)的(de)關(guan)鍵。因此(ci)，精(jing)準、原(yuan)位(wei)地(di)捕(bu)捉(zhuo)震(zhen)動(dong)過(guo)程中(zhong)土(tu)體內部(bu)水分(fen)的動(dong)態行(xing)為，是巖(yan)土(tu)工程領(ling)域(yu)長(chang)期追求的(de)目標(biao)。

傳統研究(jiu)方式的局(ju)限：盲人(ren)摸象(xiang)與(yu)侵入幹擾(rao)

長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)，研(yan)究(jiu)者(zhe)們(men)采(cai)用(yong)多種(zhong)手段研究液(ye)化，但各(ge)有(you)明(ming)顯短板：

鉆孔(kong)取樣(yang)與(yu)室(shi)內試(shi)驗：破(po)壞土(tu)體原(yuan)始結構，無(wu)法(fa)反(fan)映原(yuan)位(wei)狀態下的水分與(yu)壓(ya)力分(fen)布，且是(shi)“靜態(tai)"的(de)快(kuai)照(zhao)，難以(yi)還原(yuan)動(dong)態過(guo)程。

點(dian)式(shi)傳感器(qi)埋設(she)：如(ru)孔(kong)隙(xi)水(shui)壓(ya)力計(ji)，只(zhi)能(neng)提(ti)供離散點(dian)的數(shu)據，無(wu)法(fa)獲(huo)得水(shui)分分(fen)布的整(zheng)體圖(tu)像(xiang)，且埋設(she)過(guo)程本(ben)身會(hui)擾(rao)動(dong)土(tu)體。

宏觀物理模擬：大(da)型(xing)振(zhen)動(dong)臺(tai)實(shi)驗(yan)能觀察(cha)宏觀現(xian)象(xiang)，但難以(yi)無(wu)損窺(kui)視(shi)土(tu)體內部(bu)微觀尺度(du)的水分遷(qian)移(yi)細(xi)節。

傳統方法(fa)如同(tong)“盲人(ren)摸象(xiang)"，或幹擾(rao)研(yan)究(jiu)對(dui)象(xiang)，或難以(yi)獲(huo)得全局、連(lian)續(xu)、原(yuan)位(wei)的動態數(shu)據，限(xian)制了我們(men)對(dui)液(ye)化微觀機制的(de)理解。

低(di)場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術(shu)：原(yuan)理與獨(du)特(te)優(you)勢(shi)

原(yuan)理簡(jian)介(jie)

低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術(shu)利用土(tu)壤(rang)孔(kong)隙(xi)水(shui)中(zhong)氫核（質(zhi)子(zi)）在(zai)永(yong)磁場中的核磁共(gong)振(zhen)現(xian)象(xiang)。當(dang)施加特(te)定頻(pin)率的(de)射(she)頻(pin)脈沖(chong)時(shi)，水(shui)分子中(zhong)的氫(qing)核發(fa)生能級躍(yue)遷(qian)；脈沖停止後(hou)，氫核釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)並(bing)回(hui)歸平(ping)衡狀態(tai)，這個(ge)過(guo)程稱為弛豫(yu)。檢(jian)測(ce)其弛(chi)豫(yu)信號(hao)（T2弛豫(yu)時(shi)間），即(ji)可反(fan)演水的(de)狀態(tai)信息：

T2值大(da)小(xiao)：直接(jie)關(guan)聯於水所(suo)受的(de)束(shu)縛(fu)程度(du)。孔(kong)隙(xi)水(shui)壓(ya)力越(yue)高，水(shui)分子(zi)越(yue)自(zi)由，T2值越(yue)長；被(bei)土(tu)壤(rang)顆(ke)粒(li)表面強(qiang)力吸附(fu)的(de)束(shu)縛(fu)水，T2值則很(hen)短(duan)。

信號(hao)強度(du)：與樣品中氫核總(zong)數(shu)成(cheng)正(zheng)比，可直接(jie)、絕(jue)-對(dui)定(ding)量(liang)地(di)計算含水(shui)率。

信號(hao)分布：不同(tong)T2值的信號(hao)組分，可(ke)清(qing)晰地(di)描繪(hui)出樣(yang)品內部(bu)水分(fen)分布的差(cha)異(yi)，區分自(zi)由水(shui)、毛(mao)細(xi)水、束(shu)縛(fu)水。

在(zai)液(ye)化研究(jiu)中(zhong)的突(tu)出優(you)勢(shi)

完-全無(wu)損與非侵(qin)入：無(wu)需(xu)插(cha)入(ru)傳感器(qi)或破壞樣(yang)品(pin)，可對(dui)同(tong)壹(yi)試樣(yang)進行(xing)反(fan)復(fu)、長(chang)期監測(ce)，真(zhen)實(shi)還原(yuan)震(zhen)動過(guo)程中(zhong)水(shui)分狀態的連(lian)續(xu)演變(bian)。

全-方位水分(fen)信息：壹次(ci)性(xing)獲(huo)得含水(shui)率、水(shui)分分(fen)布（空間與狀態分(fen)布）、孔(kong)隙(xi)壓(ya)力（間接反(fan)映） 等(deng)多維(wei)信息，提(ti)供全局視(shi)角。

動(dong)態過(guo)程可(ke)視(shi)化：結(jie)合振(zhen)動(dong)裝(zhuang)置，可(ke)實(shi)時(shi)監測(ce)在(zai)模擬地(di)震荷(he)載(zai)下，土(tu)體內部(bu)水分(fen)如何(he)開始運(yun)移(yi)、孔(kong)隙(xi)壓(ya)力如(ru)何(he)累積(ji)、以(yi)及(ji)液(ye)化前(qian)後(hou)水分(fen)分布的劇(ju)烈(lie)重組過(guo)程。這對(dui)於研究(jiu)“震(zhen)動液(ye)化"與“水(shui)分(fen)運(yun)移(yi)"的(de)耦(ou)合機制至(zhi)關(guan)重要(yao)。

優(you)異的(de)材(cai)料(liao)適(shi)用(yong)性(xing)：特(te)別(bie)適(shi)用(yong)於含有(you)豐(feng)富(fu)氫核的(de)沙(sha)土(tu)、粉(fen)土(tu)、淤(yu)泥等多孔(kong)介(jie)質，是(shi)研究地(di)質液(ye)化材(cai)料(liao)的(de)理想(xiang)選擇。

從(cong)微觀機理到宏觀現(xian)象(xiang)：通過(guo)弛(chi)豫時(shi)間分析，能將(jiang)宏觀的液(ye)化現(xian)象(xiang)與(yu)微觀的孔(kong)隙(xi)結(jie)構變(bian)化、水(shui)分相(xiang)態轉變(bian)聯系起(qi)來，深(shen)化理論(lun)認識。

應(ying)用案例(li)：土(tu)壤(rang)壓(ya)實(shi)、飽和及(ji)幹燥過(guo)程中(zhong)的(de)孔(kong)隙(xi)水(shui)分(fen)布特(te)征

低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術(shu)為地(di)震液(ye)化研究(jiu)打(da)開了壹扇全新(xin)的(de)窗(chuang)口，它將(jiang)土(tu)體中(zhong)不(bu)可見(jian)的(de)“水(shui)分隱秘(mi)行(xing)動(dong)"清(qing)晰成(cheng)像(xiang)並(bing)定(ding)量(liang)刻畫(hua)。這項(xiang)技(ji)術(shu)不(bu)僅推(tui)動(dong)了液(ye)化微觀機理的科研進程，未(wei)來更(geng)有(you)望與(yu)人(ren)工智(zhi)能、大(da)數(shu)據結(jie)合(he)，用(yong)於發(fa)展(zhan)更精(jing)準的液(ye)化風險(xian)評估(gu)模型、優(you)化地(di)基(ji)處(chu)理方案，以(yi)及(ji)指導抗(kang)震設(she)計(ji)。從實(shi)驗(yan)室(shi)的微(wei)觀洞察(cha)，到工(gong)程現(xian)場的宏觀防災(zai)，低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術(shu)正(zheng)成(cheng)為守護(hu)地(di)質安(an)全的壹(yi)把(ba)關(guan)鍵鑰匙。