变化条件下水工混凝土特性

前言

第1章绪论

1.1概述

1.1.1背景

1.1.2水利工程调研

1.1.3极端气候事件

1.2水利工程与气候变化

1.2.1寒潮事件对水利工程的影响

1.2.2冻融事件对水利工程的影响

1.2.3干旱事件对水利工程的影响

1.3水工混凝土的特性

1.3.1水工混凝土的力学特性

1.3.2水工混凝土的抗冻特性

1.3.3水工混凝土的变形特性

第2章变温冻融条件下水工混凝土的抗冻与力学特性

2.1变温冻融对水工混凝土抗冻性的影响

2.1.1未作抗冻设计水工混凝土的抗冻性

2.1.2中、低抗冻设计水工混凝土的抗冻性

2.1.3高抗冻设计水工混凝土的抗冻性

2.2变温冻融对水工混凝土力学性能的影响

2.2.1未作抗冻设计水工混凝土的力学特性

2.2.2中、低抗冻设计水工混凝土的力学特性

2.2.3高抗冻设计水工混凝土的力学特性

2.3变温冻融与水工混凝土抗冻耐久性

2.3.1冻融温度、抗冻设计等级与冻融循环的关系

2.3.2基于气候分区的水工混凝土冻融寿命预测模型

第3章持续低温条件下水工混凝土的抗冻与力学特性

3.1持续低温对水泥基材料抗冻性的影响

3.1.1水泥基材料的冻胀变形

3.1.2不同因素对冻胀变形的影响

3.2持续低温对水泥基材料力学特性的影响

3.2.1养护条件对持续低温下水泥基材料力学特性的影响

3.2.2含水条件对持续低温下水泥基材料力学特性的影响

3.2.3冻/融状态对持续低温下水泥基材料力学特性的影响

3.2.4持续低温程度对水泥基材料力学特性的影响

3.2.5粉煤灰对持续低温下水泥基材料力学特性的影响

3.3持续低温对水工混凝土抗冻与力学特性的影响

3.3.1持续低温对渡槽混凝土的抗冻与力学特性的影响

3.3.2持续低温对面板混凝土的抗冻与力学特性的影响

第4章干旱条件下水工混凝土的力学、变形与抗裂特性

4.1干旱对水泥基材料性能特性的影响

4.1.1极端干旱对水泥基材料特性的影响

4.1.2干旱历时对水泥基材料特性的影响

4.1.3干旱温度对水泥基材料特性的影响

4.2长历时高温干旱对渡槽混凝土特性的影响

4.2.1渡槽混凝土力学性能的变化

4.2.2渡槽混凝土干缩变形与抗裂性能的变化

4.3长历时高温干旱对面板混凝土特性的影响

4.3.1面板混凝土力学性能的变化

4.3.2面板混凝土干缩变形与抗裂性能的变化

4.4长历时干旱温度对已建水工建筑物的影响

第5章变化条件下水工混凝土的微观特性

5.1变温冻融条件下水工混凝土的气泡参数

5.1.1气泡参数测试原理

5.1.2不同抗冻设计等级水工混凝土的气泡参数特性

5.2低温条件下水工混凝土的微观特性

5.2.1冻融循环作用后水工混凝土的微观特性

5.2.2极端低温作用后水工混凝土的微观特性

5.2.3低温作用后水工混凝土的孔结构特性

5.3干旱条件下水工混凝土的微观特性

5.3.1干旱作用后水工混凝土的微观特性

5.3.2干旱作用后水工混凝土的孔结构特性

第6章变化条件下水工混凝土抗裂性评估方法

6.1平板法

6.1.1平板法原理

6.1.2平板法抗裂性评估

6.2圆环法

6.2.1圆环法原理

6.2.2圆环法抗裂性评估

6.3约束诱导开裂法

6.3.1约束诱导开裂法原理

6.3.2约束诱导开裂法抗裂性评估

6.4环境参数模拟法

6.4.1环境参数模拟法原理

6.4.2环境参数模拟法抗裂性评估

6.5温度应力试验机法

6.5.1温度应力试验机法原理

6.5.2温度应力试验机法抗裂性评估

第7章变化条件下水工混凝土的防护

7.1水工混凝土应对低温事件的防护

7.1.1固态保温材料防护

7.1.2液固型保温材料防护

7.2水工混凝土应对干旱事件的防护

7.2.1外表面涂层防护

7.2.2内养护防护

7.3应对冻融作用的工程实例

7.3.1冻融应对措施

7.3.2应对冻融事件工程实例

7.4应对极端低温的工程实例

7.4.1极端低温应对措施

7.4.2应对极端低温事件工程实例

7.5应对干旱的工程实例

7.5.1干旱事件应对措施

7.5.2应对干旱事件工程实例

7.6未来气候变化对水利工程的影响分析

参考文献

本书阐述了气候变化条件下冻融、持续低温、干旱等气候事件对水工混凝土的力学、抗冻、干缩变形与抗裂性等宏观性能，气泡参数、水化体系结构与微裂缝、孔结构等微观、亚微观性能演变的影响规律，以及水工混凝土在气候变化条件下的抗裂性评估方法。并对水工混凝土应对低温、干旱等事件的防护措施与工程实例以及未来气候变对水利工程可能产生的影响进行了探讨。

本书包括了变化条件下水工混凝土力学、抗冻、变形与抗裂、微观特性的相关基础理论与大量翔实的试验资料，研究内容与工程实践相结合，可作为从事混凝土设计、科研、施工、管理等技术人员的参考书，也可供高等院校水工材料专业的师生参考。

大气水汽是人工影响天气基础条件之一，整层大气水汽总量及其动态变化是云水资源考察的关键性因素之一，一些研究利用地基微波辐射计对云天水汽含量和云液态水含量进行监测，研究人工增雨的最佳作业区。也有利用GPS监测水汽的结果，但针对不同云天条件下的水汽含量特征分析则未见。人工影响天气主要作业对象是云，云的研究最近年来一直受到高度重视，研究利用2002年6月18日～28日安徽屯溪站(58531)GPS水汽监测数据分析了该站出现不同云天条件时的水汽含量及其变化，希望能对人工影响天气最佳作业时机及作业云的选择提供帮助。

水汽含量GPS水汽监测简述

地基GPS接收机的相位信号可用于计算整层大气的水汽含量，其时间精度可达到15分钟，而且，GPS测量大气水汽含量的监测方法是一种绝对测量，不需要校准，并可以全天候自动进行。所以，GPS测量大气水汽含量将会越来越多地应用到天气、气候、人工影响天气等诸多领域。

水汽含量空中水汽含量分析

我们选取2002年6月18日08时～28日08时每整点的GPS水汽探测资料，共有整点观测时次241个，和该时段内屯溪站整点的云状观测资料(包括晴空)，统计了各类云天条件下或晴空时的空中水汽含量平均值、极值，见表1(在观测时段内，共观测到卷积云2例，积云性层积云2例，层云2例，碎层云1例，碎雨云3例，雨层云3例，因样本数较少，故在统计时舍去)。对于同一时次出现两种或以上云状时，则分别记入不同云状样本。

从表1中可以看出，当出现蔽光层积云(Scop)和鬃积雨云(Cb cap)两种云时，平均的空中水汽含量最大，分别是蔽光层积云64.7mm、鬃积雨云69.3mm，晴空时或出现其它云时，空中的平均水汽含量与这两种云天条件相差较大。而除出现鬃积雨云外，其它情况下空中的水汽含量变化范围则非常大，从30～40mm，一直到60～70mm都有可能出现;出现鬃积雨云时，水汽含量变化范围相对较小，在62.7～72.7mm之间。

当出现蔽光层积云(Scop)和鬃积雨云(Cb cap)两种云时，产生降水的可能性最大，出现鬃积雨云的30个样本中，有29次产生降水，占96.7%，出现蔽光层积云的106次样本中，有73次产生降水，占68.9%。另外，出现透光层积云、蔽光高积云、碎积云时，也可能产生降水，产生降水的比例分别为:5.9%、5.3%和3.0%。而其它云天条件下在观测时段内均未产生降水。

不论对于晴空还是不同的云天条件，水汽含量都有可能出现较大值，达到60mm以上，而且对于出现低云(淡积云、碎积云、浓积云、透光层积云、蔽光层积云、鬃积雨云)和中云中的蔽光高积云时，空中水汽含量达到60mm以上的比例均大于50%，尤其是出现蔽光层积云和鬃积雨云时，空中水汽含量达到60mm以上的比例则高达90%以上。说明出现低云或蔽光高积云时，空中的水汽含量大多数情况下可能会达到较大的值。

水汽含量降水效率分析

上面我们分析了晴空和不同云天条件时的空中水汽含量一些特征，下面，我们再分析一下不同云天条件下的降水效率的情况。

我们选取GPS探测期间，屯溪站每小时的降水资料，以整点前1h雨量和该整点后1h雨量的平均值，作为该时次所观测到云的降水量，例如:6月27日19～20时雨量为7.5mm，20～21时雨量为25.9mm，20时观测到的云为Cbcap，则该时次Cbcap雨量以(7.5 25.9)/2=16.7mm计算。不同云天条件下的降水量统计见表2(舍去了样本数少的云)。

表2中，对于不同的云天条件，产生的降水量不同，每小时的平均降水量以鬃积雨云最多，达到4.75mm，蔽光层积云次之，为1.66mm，其它云天条件时降水量则非常小或没有降水。

我们以不同云天条件下的平均降水量与此时的平均水汽含量的比值作为该云天条件下的降水效率，鬃积雨云和蔽光层积云是两种降水效率最高的云，但都不到10%，其它云的降水效率仅为0.1%左右或不会产生降水。可见，即便是降水效率最高的鬃积雨云，其降水效率只有6.86%，空中90%以上的水汽均不能降落，空中云水资源的开发潜力将是巨大的。

水汽含量水汽含量变化特征

从2002年6月18日08时～28日08时，共有整点时次241次，也即观测样本241个，其中整点前一小时或整点后一小时内发生降水的样本共有85个，在这些发生降水的时次里，除6月25日07时和08时，空中水汽含量分别为58.2和57.7mm外，其余各时次的空中水汽含量均大于60mm，可见只有空中水汽含量达到一定的数值后，才可能发生降水，这个数值一般为60mm。

图1是观测期间空中水汽含量和降水量时间序列图，图中横坐标是时间，纵坐标是水汽含量V(单位mm)或降水量R(单位0.1mm)，V是水汽含量变化曲线，R是降水量变化曲线。

在水汽含量变化序列曲线图上，每次降水发生前水汽含量值都有一个跃变，如图中A、B、C、D、E时段，F是一个连续发生降水的过程，此时水汽含量维持在一个较高的量值上，降水前跃变不明显，降水发生后，水汽含量呈缓慢下降趋势。G是降水结束后，水汽含量迅速下降的过程，时间在6月25日07～11时期间，水汽含量值低于60mm而发生降水的特除情况就在该时段07:00和08:00两个时次。

水汽含量研究结论

对2002年6月18日08时到6月28日08时，GPS测得的水汽含量及降水量分析认为：

(1)晴空或不同云天条件下，空中水汽含量是不同的，当出现蔽光层积云和鬃积雨云两种云时，平均的空中水汽含量最大，而且此时，产生降水的可能性也最大，这两种云应是人工增雨作业的最佳作业对象。

(2)出现低云和中云中的蔽光高积云时，空中水汽含量也较大，50%以上情况下水汽含量可以达到降水的水汽含量要求，这些云也可以作为作业对象。

(3)降水效率是自然降水量与空中水汽含量的比值，即便是降水效率最高的鬃积雨云，其自然降水效率只有6.86%，空中90%以上的水汽均不能降落，空中云水资源的开发潜力将是巨大的。

(4)当水汽含量达到60mm时，可能产生降水，产生降水的可能性和降水效率因不同云天条件而不同，这可能与当时的动力条件及云中凝结核有关，适当改变动力条件和凝结核，应可以增加降水的发生。

(5)降水发生前，空中水汽含量将会有一个跃变，这既可以作为短时降水预报的参考，也是实施人工增雨作业的最佳时机。发生连续性降水后，空中仍有大量的水汽，此时仍可以实施人工增雨作业来增加地面降水。

前言

第1章 概论

1.1 流域下垫面要素及人类活动的影响

1.2 流域下垫面变化对径流和蒸散发的影响

1.3 流域下垫面变化对洪水的影响

1.4 设计洪水成果下垫面一致性修订涉及的技术问题

第2章 海河流域下垫面状况及变化趋势

2.1 流域概况

2.2 海河流域经济社会与水资源开发利用情况

2.3 海河流域下垫面变化趋势

2.4 海河流域蒸散发量、水面蒸发能力及比值分析

2.5 小结

第3章 海河流域暴雨洪水变化特征

3.1 暴雨洪水特征变化趋势分析方法

3.2 海河流域典型站暴雨特征变化分析

3.3 海河流域典型流域洪水特征变化分析.

3.4 产汇流特征变化分析

3.5 小结

第4章 设计洪水下垫面变化影响修订理论与方法

4.1 设计洪水计算综述

4.2 流域产流机制及下垫面变化影响机理

4.3 流域汇流模式及下垫面影响机理

4.4 设计洪水下垫面影响一致性修订方法

4.5 小结

第5章 洪水系列下垫面影响一致性修订的水文模型方法

5.1 水文模型概论

5.2 数字流域技术

5.3 新安江模型及新安江一海河模型

5.4 河北模型及其改进形式

5.5 TOPMODEL模型

5.6 模型比较研究

5.7 小结

第6章 洪水系列下垫面影响一致性修订的相关分析方法

6.1 洪量系列一致性修订方法研究

6.2 洪峰流量系列一致性修订方法研究

6.3 小结

第7章 海河流域平原区产流模型及典型流域参数率定

7.1 研究现状

7.2 降雨产流机理

7.3 模型结构

7.4 平原区入渗参数实验研究

7.5 典型站模型参数率定及沥涝水模拟分析

7.6 小结

第8章 海河流域主要控制站设计洪水成果下垫面变化影响修订实践

8.1 修订意义

8.2 技术路线

8.3 子牙河主要控制站设计洪水成果下垫面影响修订

8.4 大清河主要控制站设计洪水成果下垫面影响修订

8.5 北四河典型控制站设计洪水成果下垫面影响修订

8.6 小结

第9章 海河流域典型排涝区排涝模数修订研究

9.1 平原区暴雨特征及典型站暴雨变化趋势分析

9.2 平原沥涝水特点及典型站沥涝水变化趋势分析

9.3 平原区典型站暴雨径流关系分析及下垫面影响

9.4 平原汇流经验方法及相关参数分析

9.5 海河流域典型排涝区排涝模数修订研究

9.6 小结

第10章 城市化对暴雨洪水影响

10.1 城市化水文效应

10.2 城市雨洪模型及在北京市城区的应用

10.3 温榆河设计洪水成果修订

10.4 小结

第11章 结论与建议

11.1 主要结论

11.2 建议

参考文献

附图1 子牙河流域设计洪水修订分区图

附图2 大清河流域设计洪水修订分区图2100433B