變化條件下水工混凝土特性

前言

第1章緒論

1.1概述

1.1.1背景

1.1.2水利工程調研

1.1.3極端氣候事件

1.2水利工程與氣候變化

1.2.1寒潮事件對水利工程的影響

1.2.2凍融事件對水利工程的影響

1.2.3干旱事件對水利工程的影響

1.3水工混凝土的特性

1.3.1水工混凝土的力學特性

1.3.2水工混凝土的抗凍特性

1.3.3水工混凝土的變形特性

第2章變溫凍融條件下水工混凝土的抗凍與力學特性

2.1變溫凍融對水工混凝土抗凍性的影響

2.1.1未作抗凍設計水工混凝土的抗凍性

2.1.2中、低抗凍設計水工混凝土的抗凍性

2.1.3高抗凍設計水工混凝土的抗凍性

2.2變溫凍融對水工混凝土力學性能的影響

2.2.1未作抗凍設計水工混凝土的力學特性

2.2.2中、低抗凍設計水工混凝土的力學特性

2.2.3高抗凍設計水工混凝土的力學特性

2.3變溫凍融與水工混凝土抗凍耐久性

2.3.1凍融溫度、抗凍設計等級與凍融循環(huán)的關系

2.3.2基于氣候分區(qū)的水工混凝土凍融壽命預測模型

第3章持續(xù)低溫條件下水工混凝土的抗凍與力學特性

3.1持續(xù)低溫對水泥基材料抗凍性的影響

3.1.1水泥基材料的凍脹變形

3.1.2不同因素對凍脹變形的影響

3.2持續(xù)低溫對水泥基材料力學特性的影響

3.2.1養(yǎng)護條件對持續(xù)低溫下水泥基材料力學特性的影響

3.2.2含水條件對持續(xù)低溫下水泥基材料力學特性的影響

3.2.3凍/融狀態(tài)對持續(xù)低溫下水泥基材料力學特性的影響

3.2.4持續(xù)低溫程度對水泥基材料力學特性的影響

3.2.5粉煤灰對持續(xù)低溫下水泥基材料力學特性的影響

3.3持續(xù)低溫對水工混凝土抗凍與力學特性的影響

3.3.1持續(xù)低溫對渡槽混凝土的抗凍與力學特性的影響

3.3.2持續(xù)低溫對面板混凝土的抗凍與力學特性的影響

第4章干旱條件下水工混凝土的力學、變形與抗裂特性

4.1干旱對水泥基材料性能特性的影響

4.1.1極端干旱對水泥基材料特性的影響

4.1.2干旱歷時對水泥基材料特性的影響

4.1.3干旱溫度對水泥基材料特性的影響

4.2長歷時高溫干旱對渡槽混凝土特性的影響

4.2.1渡槽混凝土力學性能的變化

4.2.2渡槽混凝土干縮變形與抗裂性能的變化

4.3長歷時高溫干旱對面板混凝土特性的影響

4.3.1面板混凝土力學性能的變化

4.3.2面板混凝土干縮變形與抗裂性能的變化

4.4長歷時干旱溫度對已建水工建筑物的影響

第5章變化條件下水工混凝土的微觀特性

5.1變溫凍融條件下水工混凝土的氣泡參數

5.1.1氣泡參數測試原理

5.1.2不同抗凍設計等級水工混凝土的氣泡參數特性

5.2低溫條件下水工混凝土的微觀特性

5.2.1凍融循環(huán)作用后水工混凝土的微觀特性

5.2.2極端低溫作用后水工混凝土的微觀特性

5.2.3低溫作用后水工混凝土的孔結構特性

5.3干旱條件下水工混凝土的微觀特性

5.3.1干旱作用后水工混凝土的微觀特性

5.3.2干旱作用后水工混凝土的孔結構特性

第6章變化條件下水工混凝土抗裂性評估方法

6.1平板法

6.1.1平板法原理

6.1.2平板法抗裂性評估

6.2圓環(huán)法

6.2.1圓環(huán)法原理

6.2.2圓環(huán)法抗裂性評估

6.3約束誘導開裂法

6.3.1約束誘導開裂法原理

6.3.2約束誘導開裂法抗裂性評估

6.4環(huán)境參數模擬法

6.4.1環(huán)境參數模擬法原理

6.4.2環(huán)境參數模擬法抗裂性評估

6.5溫度應力試驗機法

6.5.1溫度應力試驗機法原理

6.5.2溫度應力試驗機法抗裂性評估

第7章變化條件下水工混凝土的防護

7.1水工混凝土應對低溫事件的防護

7.1.1固態(tài)保溫材料防護

7.1.2液固型保溫材料防護

7.2水工混凝土應對干旱事件的防護

7.2.1外表面涂層防護

7.2.2內養(yǎng)護防護

7.3應對凍融作用的工程實例

7.3.1凍融應對措施

7.3.2應對凍融事件工程實例

7.4應對極端低溫的工程實例

7.4.1極端低溫應對措施

7.4.2應對極端低溫事件工程實例

7.5應對干旱的工程實例

7.5.1干旱事件應對措施

7.5.2應對干旱事件工程實例

7.6未來氣候變化對水利工程的影響分析

參考文獻

本書闡述了氣候變化條件下凍融、持續(xù)低溫、干旱等氣候事件對水工混凝土的力學、抗凍、干縮變形與抗裂性等宏觀性能，氣泡參數、水化體系結構與微裂縫、孔結構等微觀、亞微觀性能演變的影響規(guī)律，以及水工混凝土在氣候變化條件下的抗裂性評估方法。并對水工混凝土應對低溫、干旱等事件的防護措施與工程實例以及未來氣候變對水利工程可能產生的影響進行了探討。

本書包括了變化條件下水工混凝土力學、抗凍、變形與抗裂、微觀特性的相關基礎理論與大量翔實的試驗資料，研究內容與工程實踐相結合，可作為從事混凝土設計、科研、施工、管理等技術人員的參考書，也可供高等院校水工材料專業(yè)的師生參考。

大氣水汽是人工影響天氣基礎條件之一，整層大氣水汽總量及其動態(tài)變化是云水資源考察的關鍵性因素之一，一些研究利用地基微波輻射計對云天水汽含量和云液態(tài)水含量進行監(jiān)測，研究人工增雨的最佳作業(yè)區(qū)。也有利用GPS監(jiān)測水汽的結果，但針對不同云天條件下的水汽含量特征分析則未見。人工影響天氣主要作業(yè)對象是云，云的研究最近年來一直受到高度重視，研究利用2002年6月18日～28日安徽屯溪站(58531)GPS水汽監(jiān)測數據分析了該站出現不同云天條件時的水汽含量及其變化，希望能對人工影響天氣最佳作業(yè)時機及作業(yè)云的選擇提供幫助。

水汽含量GPS水汽監(jiān)測簡述

地基GPS接收機的相位信號可用于計算整層大氣的水汽含量，其時間精度可達到15分鐘，而且，GPS測量大氣水汽含量的監(jiān)測方法是一種絕對測量，不需要校準，并可以全天候自動進行。所以，GPS測量大氣水汽含量將會越來越多地應用到天氣、氣候、人工影響天氣等諸多領域。

水汽含量空中水汽含量分析

我們選取2002年6月18日08時～28日08時每整點的GPS水汽探測資料，共有整點觀測時次241個，和該時段內屯溪站整點的云狀觀測資料(包括晴空)，統(tǒng)計了各類云天條件下或晴空時的空中水汽含量平均值、極值，見表1(在觀測時段內，共觀測到卷積云2例，積云性層積云2例，層云2例，碎層云1例，碎雨云3例，雨層云3例，因樣本數較少，故在統(tǒng)計時舍去)。對于同一時次出現兩種或以上云狀時，則分別記入不同云狀樣本。

從表1中可以看出，當出現蔽光層積云(Scop)和鬃積雨云(Cb cap)兩種云時，平均的空中水汽含量最大，分別是蔽光層積云64.7mm、鬃積雨云69.3mm，晴空時或出現其它云時，空中的平均水汽含量與這兩種云天條件相差較大。而除出現鬃積雨云外，其它情況下空中的水汽含量變化范圍則非常大，從30～40mm，一直到60～70mm都有可能出現;出現鬃積雨云時，水汽含量變化范圍相對較小，在62.7～72.7mm之間。

當出現蔽光層積云(Scop)和鬃積雨云(Cb cap)兩種云時，產生降水的可能性最大，出現鬃積雨云的30個樣本中，有29次產生降水，占96.7%，出現蔽光層積云的106次樣本中，有73次產生降水，占68.9%。另外，出現透光層積云、蔽光高積云、碎積云時，也可能產生降水，產生降水的比例分別為:5.9%、5.3%和3.0%。而其它云天條件下在觀測時段內均未產生降水。

不論對于晴空還是不同的云天條件，水汽含量都有可能出現較大值，達到60mm以上，而且對于出現低云(淡積云、碎積云、濃積云、透光層積云、蔽光層積云、鬃積雨云)和中云中的蔽光高積云時，空中水汽含量達到60mm以上的比例均大于50%，尤其是出現蔽光層積云和鬃積雨云時，空中水汽含量達到60mm以上的比例則高達90%以上。說明出現低云或蔽光高積云時，空中的水汽含量大多數情況下可能會達到較大的值。

水汽含量降水效率分析

上面我們分析了晴空和不同云天條件時的空中水汽含量一些特征，下面，我們再分析一下不同云天條件下的降水效率的情況。

我們選取GPS探測期間，屯溪站每小時的降水資料，以整點前1h雨量和該整點后1h雨量的平均值，作為該時次所觀測到云的降水量，例如:6月27日19～20時雨量為7.5mm，20～21時雨量為25.9mm，20時觀測到的云為Cbcap，則該時次Cbcap雨量以(7.5 25.9)/2=16.7mm計算。不同云天條件下的降水量統(tǒng)計見表2(舍去了樣本數少的云)。

表2中，對于不同的云天條件，產生的降水量不同，每小時的平均降水量以鬃積雨云最多，達到4.75mm，蔽光層積云次之，為1.66mm，其它云天條件時降水量則非常小或沒有降水。

我們以不同云天條件下的平均降水量與此時的平均水汽含量的比值作為該云天條件下的降水效率，鬃積雨云和蔽光層積云是兩種降水效率最高的云，但都不到10%，其它云的降水效率僅為0.1%左右或不會產生降水?？梢?，即便是降水效率最高的鬃積雨云，其降水效率只有6.86%，空中90%以上的水汽均不能降落，空中云水資源的開發(fā)潛力將是巨大的。

水汽含量水汽含量變化特征

從2002年6月18日08時～28日08時，共有整點時次241次，也即觀測樣本241個，其中整點前一小時或整點后一小時內發(fā)生降水的樣本共有85個，在這些發(fā)生降水的時次里，除6月25日07時和08時，空中水汽含量分別為58.2和57.7mm外，其余各時次的空中水汽含量均大于60mm，可見只有空中水汽含量達到一定的數值后，才可能發(fā)生降水，這個數值一般為60mm。

圖1是觀測期間空中水汽含量和降水量時間序列圖，圖中橫坐標是時間，縱坐標是水汽含量V(單位mm)或降水量R(單位0.1mm)，V是水汽含量變化曲線，R是降水量變化曲線。

在水汽含量變化序列曲線圖上，每次降水發(fā)生前水汽含量值都有一個躍變，如圖中A、B、C、D、E時段，F是一個連續(xù)發(fā)生降水的過程，此時水汽含量維持在一個較高的量值上，降水前躍變不明顯，降水發(fā)生后，水汽含量呈緩慢下降趨勢。G是降水結束后，水汽含量迅速下降的過程，時間在6月25日07～11時期間，水汽含量值低于60mm而發(fā)生降水的特除情況就在該時段07:00和08:00兩個時次。

水汽含量研究結論

對2002年6月18日08時到6月28日08時，GPS測得的水汽含量及降水量分析認為：

(1)晴空或不同云天條件下，空中水汽含量是不同的，當出現蔽光層積云和鬃積雨云兩種云時，平均的空中水汽含量最大，而且此時，產生降水的可能性也最大，這兩種云應是人工增雨作業(yè)的最佳作業(yè)對象。

(2)出現低云和中云中的蔽光高積云時，空中水汽含量也較大，50%以上情況下水汽含量可以達到降水的水汽含量要求，這些云也可以作為作業(yè)對象。

(3)降水效率是自然降水量與空中水汽含量的比值，即便是降水效率最高的鬃積雨云，其自然降水效率只有6.86%，空中90%以上的水汽均不能降落，空中云水資源的開發(fā)潛力將是巨大的。

(4)當水汽含量達到60mm時，可能產生降水，產生降水的可能性和降水效率因不同云天條件而不同，這可能與當時的動力條件及云中凝結核有關，適當改變動力條件和凝結核，應可以增加降水的發(fā)生。

(5)降水發(fā)生前，空中水汽含量將會有一個躍變，這既可以作為短時降水預報的參考，也是實施人工增雨作業(yè)的最佳時機。發(fā)生連續(xù)性降水后，空中仍有大量的水汽，此時仍可以實施人工增雨作業(yè)來增加地面降水。

前言

第1章 概論

1.1 流域下墊面要素及人類活動的影響

1.2 流域下墊面變化對徑流和蒸散發(fā)的影響

1.3 流域下墊面變化對洪水的影響

1.4 設計洪水成果下墊面一致性修訂涉及的技術問題

第2章 海河流域下墊面狀況及變化趨勢

2.1 流域概況

2.2 海河流域經濟社會與水資源開發(fā)利用情況

2.3 海河流域下墊面變化趨勢

2.4 海河流域蒸散發(fā)量、水面蒸發(fā)能力及比值分析

2.5 小結

第3章 海河流域暴雨洪水變化特征

3.1 暴雨洪水特征變化趨勢分析方法

3.2 海河流域典型站暴雨特征變化分析

3.3 海河流域典型流域洪水特征變化分析.

3.4 產匯流特征變化分析

3.5 小結

第4章 設計洪水下墊面變化影響修訂理論與方法

4.1 設計洪水計算綜述

4.2 流域產流機制及下墊面變化影響機理

4.3 流域匯流模式及下墊面影響機理

4.4 設計洪水下墊面影響一致性修訂方法

4.5 小結

第5章 洪水系列下墊面影響一致性修訂的水文模型方法

5.1 水文模型概論

5.2 數字流域技術

5.3 新安江模型及新安江一海河模型

5.4 河北模型及其改進形式

5.5 TOPMODEL模型

5.6 模型比較研究

5.7 小結

第6章 洪水系列下墊面影響一致性修訂的相關分析方法

6.1 洪量系列一致性修訂方法研究

6.2 洪峰流量系列一致性修訂方法研究

6.3 小結

第7章 海河流域平原區(qū)產流模型及典型流域參數率定

7.1 研究現狀

7.2 降雨產流機理

7.3 模型結構

7.4 平原區(qū)入滲參數實驗研究

7.5 典型站模型參數率定及瀝澇水模擬分析

7.6 小結

第8章 海河流域主要控制站設計洪水成果下墊面變化影響修訂實踐

8.1 修訂意義

8.2 技術路線

8.3 子牙河主要控制站設計洪水成果下墊面影響修訂

8.4 大清河主要控制站設計洪水成果下墊面影響修訂

8.5 北四河典型控制站設計洪水成果下墊面影響修訂

8.6 小結

第9章 海河流域典型排澇區(qū)排澇模數修訂研究

9.1 平原區(qū)暴雨特征及典型站暴雨變化趨勢分析

9.2 平原瀝澇水特點及典型站瀝澇水變化趨勢分析

9.3 平原區(qū)典型站暴雨徑流關系分析及下墊面影響

9.4 平原匯流經驗方法及相關參數分析

9.5 海河流域典型排澇區(qū)排澇模數修訂研究

9.6 小結

第10章 城市化對暴雨洪水影響

10.1 城市化水文效應

10.2 城市雨洪模型及在北京市城區(qū)的應用

10.3 溫榆河設計洪水成果修訂

10.4 小結

第11章 結論與建議

11.1 主要結論

11.2 建議

參考文獻

附圖1 子牙河流域設計洪水修訂分區(qū)圖

附圖2 大清河流域設計洪水修訂分區(qū)圖2100433B