《哈尔滨工业大学学报》于2024年11月22日网络首发了赵艳龙、冯文凯、易小宇、白慧林、李双权、赵家琛等作者的研究论文，题目为《增湿过程花岗岩残积土微观结构演变规律》。该研究由地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学）、自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室、福建省地质灾害重点实验室以及四川公路工程咨询监理有限公司的科研人员共同完成。该研究旨在探讨花岗岩残积土在增湿过程中微观结构的变化特征及其演变规律，为分析花岗岩残积土群发性滑坡的启动机理提供理论依据，对该地区的防灾减灾工作具有重要意义。

学术背景与研究目的
花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区，尤其在福建、广东两省，其面积占全国花岗岩总面积的30%~40%。由于亚热带海洋性季风气候的影响，花岗岩风化作用强烈，形成了厚度较大的残积层。这种土壤富含亲水性较强的次生黏土矿物，易受极端降雨等气候条件影响，导致群发性滑坡灾害频发。滑坡的变形破坏与花岗岩残积土的非饱和-饱和过程密切相关，因此揭示增湿过程中土体微观结构的演变规律对防灾减灾工作具有重要指导意义。
目前，关于花岗岩残积土微观结构的研究多集中于干燥、天然或饱和状态的单独研究，而对非饱和-饱和过程中微观结构变化的研究较为缺乏。基于此，本研究采用扫描电镜（SEM）和核磁共振（NMR）技术，深入分析花岗岩残积土在增湿过程中微观结构的变化规律，旨在为滑坡灾害的预测与防治提供科学依据。

研究流程与方法
研究选取福建省闽清县的花岗岩残积土作为试验材料，其天然密度为1.6 g/cm³，干密度为1.3 g/cm³，天然含水率为20%，饱和含水率为33%。试验模拟降雨过程中土体由低含水率逐渐吸水至饱和状态的过程，设置了10%、15%、20%、25%、30%及饱和共6个含水率梯度。
1. 扫描电镜试验：采用赛默飞扫描电子显微镜（型号Prisma E）获取不同含水率下土体的微观结构图像，放大倍数为1000倍。通过孔隙和裂隙图像识别与分析系统（PCAS）软件对图像进行二值化处理，分析孔隙数量、孔隙度、形状因子及概率熵等参数，定量表征土体微观结构的变化。
2. 核磁共振试验：采用MacroMR12-150H-I大口径核磁共振成像系统，检测不同含水率下土体中氢质子的弛豫时间（T2）分布，分析孔隙水的分布特征。根据T2弛豫时间，将孔隙分为团粒孔隙（T2＜0.43 ms）、粒间孔隙（0.43 ms≤T2＜5.33 ms）和微裂隙（T2≥5.33 ms）三类，研究孔隙水对不同类型孔隙的影响。
3. 分形维度分析：基于自相似特性，通过分形理论量化土体微观结构的变化，计算三维分形维度，分析其与含水率的关系。

研究结果
1. 扫描电镜试验结果：在非饱和状态下，随着含水率的增加，土体中较小孔隙数量减少，较大孔隙数量增加，小的团粒吸纳粗颗粒形成较大团粒。达到饱和状态后，团粒解体，较大的孔隙被小颗粒充填，孔隙数量增加。孔隙形状因子随含水率增加而减小，表明孔隙边缘棱角增大；概率熵均大于0.9，表明孔隙分布较为随机且均匀。
2. 核磁共振试验结果：非饱和状态下，T2谱表现为单峰，峰值信号随含水率增加而增强，且T2轴向右偏移。饱和状态下，T2谱表现为双峰，表明水分充满土体内部大小孔隙。粒间孔隙受孔隙水影响最为显著，而团粒孔隙和微裂隙受孔隙水影响较弱。
3. 分形维度分析：三维分形维度随含水率增加呈降低趋势，并与含水率呈指数函数关系。分形维度的变化反映了孔隙水对土体微观结构的显著影响。

结论与意义
研究表明，在增湿过程中，花岗岩残积土的微观结构经历了显著的演变：非饱和状态下，随着含水率的增加，土体中较小孔隙减少，较大孔隙增加；达到饱和状态后，团粒解体，孔隙数量增加。T2弛豫时间分布揭示了孔隙水对不同类型孔隙的影响，其中粒间孔隙受孔隙水影响最为显著。分形维度分析表明，含水率的变化对土体微观结构具有突出影响。
该研究为分析花岗岩残积土群发性滑坡的启动机理提供了理论依据，对东南沿海地区的防灾减灾工作具有重要指导意义。通过扫描电镜和核磁共振技术，研究揭示了土体微观结构在增湿过程中的演变规律，填补了相关领域的研究空白。

研究亮点
1. 创新性方法：首次结合扫描电镜和核磁共振技术，系统研究了花岗岩残积土在增湿过程中微观结构的变化规律。
2. 分形维度分析：引入分形理论量化土体微观结构的变化，为土体结构研究提供了新的量化手段。
3. 实际应用价值：研究结果为花岗岩残积土群发性滑坡的预测与防治提供了科学依据，具有重要的工程应用价值。

其他有价值内容
研究还指出，花岗岩残积土的微观结构特征与其宏观物理力学性质密切相关，未来可进一步探讨微观结构变化对土体力学性质的影响，为地质灾害防治提供更全面的理论支持。