土工布無負(fù)荷時(shí)垂直滲透特性檢驗(yàn)檢測結(jié)果的不確定度分析

胡珺

（福州鐵建工程質(zhì)量檢測有限公司 福建福州 350000）

引言

土工布無負(fù)荷時(shí)的垂直滲透特性是指水流通過單層無負(fù)荷的土工布時(shí)的性能，本次土工布無負(fù)荷時(shí)的垂直滲透特性檢驗(yàn)檢測結(jié)果是以福州鐵建工程質(zhì)量檢測有限公司建材檢測室防水材料組常規(guī)檢測的檢測程序（恒水頭法）為基礎(chǔ)進(jìn)行的。

1 檢測過程

選取的樣品為衢寧鐵路福建段某標(biāo)段所用的短纖針刺非織造土工布，規(guī)格為SNG400,檢驗(yàn)檢測依據(jù)為《土工布及其有關(guān)產(chǎn)品無負(fù)荷時(shí)垂直滲透特性的測定》（GB/T15789-2016），檢測方法采用恒水頭法。

檢測過程如下：在18～22℃的試驗(yàn)室溫度下，將已經(jīng)在濕潤劑中浸泡12h的試樣平鋪在儀器的專用支撐網(wǎng)格上面，再將儀器上部的測試圓筒放置在試樣上面，將連接處的3個(gè)螺母緊固，使緊固處的密封墊圈緊密貼合。在緊固過程中應(yīng)保證樣品不發(fā)生褶皺和滑移。依據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)，向儀器注水，至少試樣兩側(cè)達(dá)到約50mm的水頭差。關(guān)掉供水，如果試驗(yàn)兩側(cè)的水頭在5min內(nèi)不能平衡，查找儀器中是否有隱藏的空氣，重新實(shí)施本程序。如果水頭在5min內(nèi)仍不能平衡，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

檢測時(shí)，記錄下水溫，精確到0.1，調(diào)節(jié)水流，以水頭液面的凹液面為測量基線，使水頭達(dá)到50mm±0.5mm，記錄此值，精確到1mm。待水頭穩(wěn)定至少30s后，按下試驗(yàn)開關(guān)，用量筒收集出水口流出的水，待30s后出水口自動(dòng)關(guān)閉，記錄下量筒收集的水量，精確到10ml。

該試樣檢測結(jié)束后，取出樣品，進(jìn)行下一個(gè)試樣的檢測，過程同上。檢測儀器示意圖如圖1所示。

圖1 檢測儀器示意圖

數(shù)學(xué)模型：

式中：

V20——20℃時(shí)水的流速（m/s）；

V——水的體積，單位為立方米（m3）；

RT——20℃水溫校正系數(shù)；

T——水溫，單位為攝氏度（℃）；

A——試樣過水面積，單位為平方米（m2）；

t——達(dá)到水的體積V的時(shí)間，單位為秒（s）；

k——土工布垂直滲透系數(shù)，單位為毫米每秒（mm/s）；

i——垂直于土工布平面的水流速，單位為毫米每秒（mm/s）；

δ——土工布試樣厚度，單位為毫米（mm）；

H——土工布試驗(yàn)兩側(cè)的水頭差，單位為毫米（mm）。

垂直滲透系數(shù)檢測不確定度分量包括：水溫引起的RT變化產(chǎn)生的不確定度分量、測量收集水所用時(shí)間所引起的不確定度分量、水體積測量的不確定度分量、試樣厚度測量的不確定度分量、水頭差測量的不確定度分量、樣品不均勻性引起的不確定度分量、樣品過水面積測量帶來的不確定度分量、試樣安裝質(zhì)量差異導(dǎo)致的不確定度分量。

由于樣品過水圓環(huán)的內(nèi)徑為設(shè)備上的固定尺寸，安裝過程中若緊固處的密封墊圈不能緊密貼合引起漏水，則重新裁取試樣安裝，所以由密封墊圈漏水引起的過水面積變化可以忽略，從而總的過水面積所產(chǎn)生的不確定度亦可以忽略不計(jì)。同時(shí)，試樣安裝過程由同一試驗(yàn)人員嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進(jìn)行，所以試驗(yàn)安裝質(zhì)量差異亦可以忽略不計(jì)[1]。

2 各個(gè)不確定度分量的計(jì)算

2.1 水溫測量引起的RT變化所產(chǎn)生的不確定度

（1）水溫測量時(shí)使用的溫度計(jì)量程為：0～50℃，查閱檢定證書，20℃溫度示值的修正值為-0.27℃，即示值誤差為1.4%，溫度示值屬于矩形分布，所以，由溫度計(jì)的示值誤差引入的相對(duì)不確定度為：

（2）溫度計(jì)的量程為50℃，分度值為0.1℃，可以估讀至0.5個(gè)分度值，即為0.05℃，所測量的水溫取20℃，即使用B類評(píng)定，按照矩形分布，則讀數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)不確定度為：

由于溫度計(jì)的示值誤差和讀數(shù)兩個(gè)輸入量之間沒有相關(guān)性，則由溫度計(jì)測水溫引入的相對(duì)不確定度分量為[2]：

水溫校準(zhǔn)系數(shù)：

則由水溫校正系數(shù)RT變化所產(chǎn)生的相對(duì)不確定度為：

2.2 收集的水體積測量引入的不確定度

（1）體積測定時(shí)使用的量筒量程為：0～1L，查閱檢定證書，該量筒的示值誤差為0%，則量筒的示值誤差引入的相對(duì)不確定度為0；

（2）該量筒分度值為10ml，可以估讀至0.5個(gè)分度值，即為5ml，所測體積為800ml，按照矩形分布，則讀數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：uV1=收集的水的體積為測3次結(jié)果的和，所以u(píng)V=

所以水體積測量引起的相對(duì)不確定度為：

2.3 試樣厚度測量引入的不確定度

（1）測量用大量程百分表準(zhǔn)確度引起的不確定度uδ1，uδ2

根據(jù)檢定證書所示，該大量程百分表全程示值誤差為0.011mm，回程誤差為0.003mm,兩者在區(qū)間內(nèi)可以服從矩形分布，則由測厚儀準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）測量百分表估讀引起的不確定度Uδ3

大量程百分表分辨率為0.01mm，取半寬0.005mm的范圍內(nèi)服從矩形分布，則由測厚儀估讀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（3）試樣厚度取測量值平均值3.49mm，則3個(gè)分量的相對(duì)不確定度各為：

百分表的示值誤差、回程誤差及估讀誤差彼此不相關(guān)，所以由大量程百分表讀數(shù)引起的相對(duì)不確定度為：

（4）試樣所受壓強(qiáng)不準(zhǔn)引起的不確定度uδ5

土工布所用的壓腳壓強(qiáng)要求為（2±0.01）kPa，按照檢定證書所示，其壓腳壓強(qiáng)相對(duì)不確定度為：uδ5,r=0.1%

由于測厚儀的壓腳壓強(qiáng)、大量程百分表讀數(shù)不相關(guān)，則由試樣厚度測量引入的相對(duì)不確定度分量為：

2.4 水頭差測量引入的不確定度

水頭差測量時(shí)使用的是儀器自帶的刻度尺，根據(jù)檢定證書所示，該刻度尺的示值誤差為0.2%，因此由刻度尺的最大允許誤差帶來的相對(duì)不確定度為：

該刻度尺量程為250mm，分度值為2mm，可以估度至0.5個(gè)分度值，即1mm，所測量的水頭差為50mm，按矩形分布，B類評(píng)定，則讀數(shù)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：，相對(duì)不確定度為1.2%。

由于刻度尺的示值誤差和讀數(shù)兩個(gè)輸入量之間沒有相關(guān)性，所以由水頭差測量引入的相對(duì)不確定度分量為：

2.5 測量收集水所用時(shí)間所引入的不確定度

收集水所用時(shí)間至少30s，本試驗(yàn)取30s。由儀器自帶的計(jì)時(shí)器進(jìn)行控制，根據(jù)檢定證書所示，U=0.1s，k=2,u=U/k=0.05s。

2.6 由樣品的不均勻性所引入的不確定度

對(duì)同一規(guī)格4組單層土工布樣品安裝后分別檢測其在50mm水頭差下的垂直滲透系數(shù)，具體檢測結(jié)果如表1所示。

則合并試樣標(biāo)準(zhǔn)差及試樣不均勻性引起的不確定度為[1～2]：

本次試驗(yàn)樣品特性比較明顯且處于統(tǒng)計(jì)控制之下（水頭差為50mm），使用所獲得的合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差Sp來描述分散性，比采用通過有限次數(shù)的觀測值獲得的標(biāo)準(zhǔn)差更為合適。

本次土工布垂直滲透性能不確定度計(jì)算采用第二組樣品的檢測結(jié)果。第二組的檢測結(jié)果平均值為kˉ=0.298(cm/s)，所以對(duì)于第二組試樣不均勻性引入的相對(duì)不確定度為：

表1 單層短纖針刺非織造土工布無負(fù)荷下垂直滲透系數(shù)檢測結(jié)果

3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各不確定度分量如表2所示。

表2 土工布無負(fù)荷下垂直滲透系數(shù)檢測中各不確定度分量匯總表

按照建立的數(shù)學(xué)模型，將以上RT變化引入的不確定度等6種分量進(jìn)行合成；上述6種分量之間認(rèn)為不存在值得考慮的相關(guān)性，則：

4 測量結(jié)果的表示

置信水平取95%，取包含因子為2，則第二組樣品的擴(kuò)展不確定度為：

U=2u合=0.02cm/s

所以第二組樣品無負(fù)荷下垂直滲透系數(shù)的結(jié)果表示為：

0.30 ±0.01cm/s,置信水平為 95%，k=2

5 結(jié)論

本文通過對(duì)短纖針刺非織造土工布無負(fù)荷下垂直滲透系數(shù)的檢測結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定，不難發(fā)現(xiàn)：由收集水體積的測量、水頭差測量及樣品的不均勻性引起的不確定度分量是測量結(jié)果不確定度的主要來源。在檢測過程中，建議采取相同檢測人員進(jìn)行測定水頭差、采用精度更高的量筒及增加檢測樣品的總數(shù)量來增加檢測結(jié)果的精確性。

[1]張華.土工布及其有關(guān)產(chǎn)品無負(fù)荷時(shí)垂直滲透特性的測定[J].科技資訊，2015（6）：32～35.

[2]賀曉輝.二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)不確定度評(píng)定研究[J].安徽科技，2012（06）：12～13.