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(diào)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(duì)水利工程的影響

1.2.2凍融事件對(duì)水利工程的影響

1.2.3干旱事件對(duì)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(xué)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(xué)特性

2.1變溫凍融對(duì)水工混凝土抗凍性的影響

2.1.1未作抗凍設(shè)計(jì)水工混凝土的抗凍性

2.1.2中、低抗凍設(shè)計(jì)水工混凝土的抗凍性

2.1.3高抗凍設(shè)計(jì)水工混凝土的抗凍性

2.2變溫凍融對(duì)水工混凝土力學(xué)性能的影響

2.2.1未作抗凍設(shè)計(jì)水工混凝土的力學(xué)特性

2.2.2中、低抗凍設(shè)計(jì)水工混凝土的力學(xué)特性

2.2.3高抗凍設(shè)計(jì)水工混凝土的力學(xué)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(shè)計(jì)等級(jí)與凍融循環(huán)的關(guān)系

2.3.2基于氣候分區(qū)的水工混凝土凍融壽命預(yù)測(cè)模型

第3章持續(xù)低溫條件下水工混凝土的抗凍與力學(xué)特性

3.1持續(xù)低溫對(duì)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(duì)凍脹變形的影響

3.2持續(xù)低溫對(duì)水泥基材料力學(xué)特性的影響

3.2.1養(yǎng)護(hù)條件對(duì)持續(xù)低溫下水泥基材料力學(xué)特性的影響

3.2.2含水條件對(duì)持續(xù)低溫下水泥基材料力學(xué)特性的影響

3.2.3凍/融狀態(tài)對(duì)持續(xù)低溫下水泥基材料力學(xué)特性的影響

3.2.4持續(xù)低溫程度對(duì)水泥基材料力學(xué)特性的影響

3.2.5粉煤灰對(duì)持續(xù)低溫下水泥基材料力學(xué)特性的影響

3.3持續(xù)低溫對(duì)水工混凝土抗凍與力學(xué)特性的影響

3.3.1持續(xù)低溫對(duì)渡槽混凝土的抗凍與力學(xué)特性的影響

3.3.2持續(xù)低溫對(duì)面板混凝土的抗凍與力學(xué)特性的影響

第4章干旱條件下水工混凝土的力學(xué)、變形與抗裂特性

4.1干旱對(duì)水泥基材料性能特性的影響

4.1.1極端干旱對(duì)水泥基材料特性的影響

4.1.2干旱歷時(shí)對(duì)水泥基材料特性的影響

4.1.3干旱溫度對(duì)水泥基材料特性的影響

4.2長(zhǎng)歷時(shí)高溫干旱對(duì)渡槽混凝土特性的影響

4.2.1渡槽混凝土力學(xué)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(zhǎng)歷時(shí)高溫干旱對(duì)面板混凝土特性的影響

4.3.1面板混凝土力學(xué)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(zhǎng)歷時(shí)干旱溫度對(duì)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(shù)

5.1.1氣泡參數(shù)測(cè)試原理

5.1.2不同抗凍設(shè)計(jì)等級(jí)水工混凝土的氣泡參數(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特性

第6章變化條件下水工混凝土抗裂性評(píng)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(píng)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(píng)估

6.3約束誘導(dǎo)開(kāi)裂法

6.3.1約束誘導(dǎo)開(kāi)裂法原理

6.3.2約束誘導(dǎo)開(kāi)裂法抗裂性評(píng)估

6.4環(huán)境參數(shù)模擬法

6.4.1環(huán)境參數(shù)模擬法原理

6.4.2環(huán)境參數(shù)模擬法抗裂性評(píng)估

6.5溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)法

6.5.1溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)法原理

6.5.2溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)法抗裂性評(píng)估

第7章變化條件下水工混凝土的防護(hù)

7.1水工混凝土應(yīng)對(duì)低溫事件的防護(hù)

7.1.1固態(tài)保溫材料防護(hù)

7.1.2液固型保溫材料防護(hù)

7.2水工混凝土應(yīng)對(duì)干旱事件的防護(hù)

7.2.1外表面涂層防護(hù)

7.2.2內(nèi)養(yǎng)護(hù)防護(hù)

7.3應(yīng)對(duì)凍融作用的工程實(shí)例

7.3.1凍融應(yīng)對(duì)措施

7.3.2應(yīng)對(duì)凍融事件工程實(shí)例

7.4應(yīng)對(duì)極端低溫的工程實(shí)例

7.4.1極端低溫應(yīng)對(duì)措施

7.4.2應(yīng)對(duì)極端低溫事件工程實(shí)例

7.5應(yīng)對(duì)干旱的工程實(shí)例

7.5.1干旱事件應(yīng)對(duì)措施

7.5.2應(yīng)對(duì)干旱事件工程實(shí)例

7.6未來(lái)氣候變化對(duì)水利工程的影響分析

參考文獻(xiàn)

本書(shū)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(duì)水工混凝土的力學(xué)、抗凍、干縮變形與抗裂性等宏觀性能，氣泡參數(shù)、水化體系結(jié)構(gòu)與微裂縫、孔結(jié)構(gòu)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(píng)估方法。并對(duì)水工混凝土應(yīng)對(duì)低溫、干旱等事件的防護(hù)措施與工程實(shí)例以及未來(lái)氣候變對(duì)水利工程可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了探討。

本書(shū)包括了變化條件下水工混凝土力學(xué)、抗凍、變形與抗裂、微觀特性的相關(guān)基礎(chǔ)理論與大量翔實(shí)的試驗(yàn)資料，研究?jī)?nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合，可作為從事混凝土設(shè)計(jì)、科研、施工、管理等技術(shù)人員的參考書(shū)，也可供高等院校水工材料專(zhuān)業(yè)的師生參考。

大氣水汽是人工影響天氣基礎(chǔ)條件之一，整層大氣水汽總量及其動(dòng)態(tài)變化是云水資源考察的關(guān)鍵性因素之一，一些研究利用地基微波輻射計(jì)對(duì)云天水汽含量和云液態(tài)水含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究人工增雨的最佳作業(yè)區(qū)。也有利用GPS監(jiān)測(cè)水汽的結(jié)果，但針對(duì)不同云天條件下的水汽含量特征分析則未見(jiàn)。人工影響天氣主要作業(yè)對(duì)象是云，云的研究最近年來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)分析了該站出現(xiàn)不同云天條件時(shí)的水汽含量及其變化，希望能對(duì)人工影響天氣最佳作業(yè)時(shí)機(jī)及作業(yè)云的選擇提供幫助。

水汽含量GPS水汽監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)述

地基GPS接收機(jī)的相位信號(hào)可用于計(jì)算整層大氣的水汽含量，其時(shí)間精度可達(dá)到15分鐘，而且，GPS測(cè)量大氣水汽含量的監(jiān)測(cè)方法是一種絕對(duì)測(cè)量，不需要校準(zhǔn)，并可以全天候自動(dòng)進(jìn)行。所以，GPS測(cè)量大氣水汽含量將會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用到天氣、氣候、人工影響天氣等諸多領(lǐng)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(shí)～28日08時(shí)每整點(diǎn)的GPS水汽探測(cè)資料，共有整點(diǎn)觀測(cè)時(shí)次241個(gè)，和該時(shí)段內(nèi)屯溪站整點(diǎn)的云狀觀測(cè)資料(包括晴空)，統(tǒng)計(jì)了各類(lèi)云天條件下或晴空時(shí)的空中水汽含量平均值、極值，見(jiàn)表1(在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，共觀測(cè)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(shù)較少，故在統(tǒng)計(jì)時(shí)舍去)。對(duì)于同一時(shí)次出現(xiàn)兩種或以上云狀時(shí)，則分別記入不同云狀樣本。

從表1中可以看出，當(dāng)出現(xiàn)蔽光層積云(Scop)和鬃積雨云(Cb cap)兩種云時(shí)，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(shí)或出現(xiàn)其它云時(shí)，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(xiàn)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(xiàn);出現(xiàn)鬃積雨云時(shí)，水汽含量變化范圍相對(duì)較小，在62.7～72.7mm之間。

當(dāng)出現(xiàn)蔽光層積云(Scop)和鬃積雨云(Cb cap)兩種云時(shí)，產(chǎn)生降水的可能性最大，出現(xiàn)鬃積雨云的30個(gè)樣本中，有29次產(chǎn)生降水，占96.7%，出現(xiàn)蔽光層積云的106次樣本中，有73次產(chǎn)生降水，占68.9%。另外，出現(xiàn)透光層積云、蔽光高積云、碎積云時(shí)，也可能產(chǎn)生降水，產(chǎn)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(cè)時(shí)段內(nèi)均未產(chǎn)生降水。

不論對(duì)于晴空還是不同的云天條件，水汽含量都有可能出現(xiàn)較大值，達(dá)到60mm以上，而且對(duì)于出現(xiàn)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(shí)，空中水汽含量達(dá)到60mm以上的比例均大于50%，尤其是出現(xiàn)蔽光層積云和鬃積雨云時(shí)，空中水汽含量達(dá)到60mm以上的比例則高達(dá)90%以上。說(shuō)明出現(xiàn)低云或蔽光高積云時(shí)，空中的水汽含量大多數(shù)情況下可能會(huì)達(dá)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(shí)的空中水汽含量一些特征，下面，我們?cè)俜治鲆幌虏煌铺鞐l件下的降水效率的情況。

我們選取GPS探測(cè)期間，屯溪站每小時(shí)的降水資料，以整點(diǎn)前1h雨量和該整點(diǎn)后1h雨量的平均值，作為該時(shí)次所觀測(cè)到云的降水量，例如:6月27日19～20時(shí)雨量為7.5mm，20～21時(shí)雨量為25.9mm，20時(shí)觀測(cè)到的云為Cbcap，則該時(shí)次Cbcap雨量以(7.5 25.9)/2=16.7mm計(jì)算。不同云天條件下的降水量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2(舍去了樣本數(shù)少的云)。

表2中，對(duì)于不同的云天條件，產(chǎn)生的降水量不同，每小時(shí)的平均降水量以鬃積雨云最多，達(dá)到4.75mm，蔽光層積云次之，為1.66mm，其它云天條件時(shí)降水量則非常小或沒(méi)有降水。

我們以不同云天條件下的平均降水量與此時(shí)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(huì)產(chǎn)生降水?？梢?jiàn)，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(kāi)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(shí)～28日08時(shí)，共有整點(diǎn)時(shí)次241次，也即觀測(cè)樣本241個(gè)，其中整點(diǎn)前一小時(shí)或整點(diǎn)后一小時(shí)內(nèi)發(fā)生降水的樣本共有85個(gè)，在這些發(fā)生降水的時(shí)次里，除6月25日07時(shí)和08時(shí)，空中水汽含量分別為58.2和57.7mm外，其余各時(shí)次的空中水汽含量均大于60mm，可見(jiàn)只有空中水汽含量達(dá)到一定的數(shù)值后，才可能發(fā)生降水，這個(gè)數(shù)值一般為60mm。

圖1是觀測(cè)期間空中水汽含量和降水量時(shí)間序列圖，圖中橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)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(xiàn)，R是降水量變化曲線(xiàn)。

在水汽含量變化序列曲線(xiàn)圖上，每次降水發(fā)生前水汽含量值都有一個(gè)躍變，如圖中A、B、C、D、E時(shí)段，F(xiàn)是一個(gè)連續(xù)發(fā)生降水的過(guò)程，此時(shí)水汽含量維持在一個(gè)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(shì)。G是降水結(jié)束后，水汽含量迅速下降的過(guò)程，時(shí)間在6月25日07～11時(shí)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(shí)段07:00和08:00兩個(gè)時(shí)次。

水汽含量研究結(jié)論

對(duì)2002年6月18日08時(shí)到6月28日08時(shí)，GPS測(cè)得的水汽含量及降水量分析認(rèn)為：

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

(2)出現(xiàn)低云和中云中的蔽光高積云時(shí)，空中水汽含量也較大，50%以上情況下水汽含量可以達(dá)到降水的水汽含量要求，這些云也可以作為作業(yè)對(duì)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(kāi)發(fā)潛力將是巨大的。

(4)當(dāng)水汽含量達(dá)到60mm時(shí)，可能產(chǎn)生降水，產(chǎn)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(dāng)時(shí)的動(dòng)力條件及云中凝結(jié)核有關(guān)，適當(dāng)改變動(dòng)力條件和凝結(jié)核，應(yīng)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(huì)有一個(gè)躍變，這既可以作為短時(shí)降水預(yù)報(bào)的參考，也是實(shí)施人工增雨作業(yè)的最佳時(shí)機(jī)。發(fā)生連續(xù)性降水后，空中仍有大量的水汽，此時(shí)仍可以實(shí)施人工增雨作業(yè)來(lái)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(lèi)活動(dòng)的影響

1.2 流域下墊面變化對(duì)徑流和蒸散發(fā)的影響

1.3 流域下墊面變化對(duì)洪水的影響

1.4 設(shè)計(jì)洪水成果下墊面一致性修訂涉及的技術(shù)問(wèn)題

第2章 海河流域下墊面狀況及變化趨勢(shì)

2.1 流域概況

2.2 海河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水資源開(kāi)發(fā)利用情況

2.3 海河流域下墊面變化趨勢(shì)

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(jié)

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(shì)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(chǎn)匯流特征變化分析

3.5 小結(jié)

第4章 設(shè)計(jì)洪水下墊面變化影響修訂理論與方法

4.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算綜述

4.2 流域產(chǎn)流機(jī)制及下墊面變化影響機(jī)理

4.3 流域匯流模式及下墊面影響機(jī)理

4.4 設(shè)計(jì)洪水下墊面影響一致性修訂方法

4.5 小結(jié)

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(shù)字流域技術(shù)

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(jìn)形式

5.5 TOPMODEL模型

5.6 模型比較研究

5.7 小結(jié)

第6章 洪水系列下墊面影響一致性修訂的相關(guān)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(jié)

第7章 海河流域平原區(qū)產(chǎn)流模型及典型流域參數(shù)率定

7.1 研究現(xiàn)狀

7.2 降雨產(chǎn)流機(jī)理

7.3 模型結(jié)構(gòu)

7.4 平原區(qū)入滲參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究

7.5 典型站模型參數(shù)率定及瀝澇水模擬分析

7.6 小結(jié)

第8章 海河流域主要控制站設(shè)計(jì)洪水成果下墊面變化影響修訂實(shí)踐

8.1 修訂意義

8.2 技術(shù)路線(xiàn)

8.3 子牙河主要控制站設(shè)計(jì)洪水成果下墊面影響修訂

8.4 大清河主要控制站設(shè)計(jì)洪水成果下墊面影響修訂

8.5 北四河典型控制站設(shè)計(jì)洪水成果下墊面影響修訂

8.6 小結(jié)

第9章 海河流域典型排澇區(qū)排澇模數(shù)修訂研究

9.1 平原區(qū)暴雨特征及典型站暴雨變化趨勢(shì)分析

9.2 平原瀝澇水特點(diǎn)及典型站瀝澇水變化趨勢(shì)分析

9.3 平原區(qū)典型站暴雨徑流關(guān)系分析及下墊面影響

9.4 平原匯流經(jīng)驗(yàn)方法及相關(guān)參數(shù)分析

9.5 海河流域典型排澇區(qū)排澇模數(shù)修訂研究

9.6 小結(jié)

第10章 城市化對(duì)暴雨洪水影響

10.1 城市化水文效應(yīng)

10.2 城市雨洪模型及在北京市城區(qū)的應(yīng)用

10.3 溫榆河設(shè)計(jì)洪水成果修訂

10.4 小結(jié)

第11章 結(jié)論與建議

11.1 主要結(jié)論

11.2 建議

參考文獻(xiàn)

附圖1 子牙河流域設(shè)計(jì)洪水修訂分區(qū)圖

附圖2 大清河流域設(shè)計(jì)洪水修訂分區(qū)圖2100433B