温湿度对塑料排水板试验结果影响的统计分析

郑爱荣，许家欢，宋盼盼，尹长权

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；2.港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津 300222；3.天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222；4.河北大学建筑工程学院，河北 保定 071002；5.中国港湾工程有限责任公司，北京 100027）

0 引言

塑料排水板是由滤膜包覆芯板构成的复合土工合成材料，可以隔离周围土颗粒并使土中水分沿着芯板和滤膜构成的竖向通道排出，具有良好的排水性能，因此被广泛应用于软基加固工程中[1-3]。作为软基加固技术中最重要、应用量最大的土工合成材料，塑料排水板的质量直接影响排水加固的效果，加强对塑料排水板质量的试验检测具有重要的意义[4-7]。

塑料排水板试验检测一般采用JTS 206-1—2009《水运工程塑料排水板应用技术规程》[8]、JTS/T 232—2019《水运工程材料试验规程》、JTGE50—2006《公路工程土工合成材料试验规程》、SL 235—2012《土工合成材料测试规程》等标准，这些标准对状态调节和试验温湿度的规定具有一定差异，为了确定温湿度条件对塑料排水板试验检测结果的影响程度进行了本研究。

1 试验概况

1.1 材料

塑料排水板芯板原材料为聚丙烯，滤膜原材料为丙纶加10%氨纶，热熔成型。

1.2 试验设计

在一般室内温湿度范围内，采用温度18℃、21℃、25℃和相对湿度30%、50%、70%进行了9个不同温湿度条件的正交试验，试验过程中控制试验环境的温湿度与状态调节相同。

对塑料排水板进行了复合体宽度、复合体拉伸和滤膜拉伸试验，复合体宽度试验每组10个试样，复合体拉伸试验每组7个试样，滤膜拉伸试验每组7个试样，为宽5 cm的窄条。为了尽量避免其他因素对试验结果的影响，试验时均匀裁样，并选用统一的试验设备和试验员。

1.3 统计分析方法

试验数据分析采用数理统计方法，选用算数平均值、标准差、变异系数和极值相对偏差等参数，分别反映试验结果的平均水平与集中趋势、离散程度与离中趋势、变异程度以及分布宽度。变异系数可以消除量纲和测量尺度的影响，既可以进行相同参数测试结果的比较，也可以进行不同参数测试结果的离散性比较。极值的相对偏差包括最小值相对偏差和最大值相对偏差，为最小值、最大值绝对偏差与算术平均值的比值，可以反映测试数据的分布宽度和离散程度。

2 结果与分析

2.1 塑料排水板复合体

2.1.1 宽度

塑料排水板复合体宽度约100 mm，不同温湿度条件下宽度测试值的标准差在0.08~0.18 mm之间，变异系数在0.1%~0.2%之间，极值相对偏差在-0.3%~0.2%之间，说明塑料排水板复合体的宽度测定的数据离散性极小，具有强烈的趋中性，随温湿度条件变化也不明显。9个不同温湿度条件下的塑料排水板复合体宽度平均值的标准差为0.06 mm，变异系数为0.1%，极值相对偏差也很小，说明塑料排水板复合体宽度测定的数据稳定性好，离散性小，一般室温范围的温湿度条件变化对其数值离散性和平均值影响很小，不会影响试验结果。

2.1.2 拉伸

塑料排水板芯板和滤膜的抗拉性能有明显差异，芯板拉伸强度大，伸长率较小，滤膜的拉伸强度较小，伸长率一般相对较大，因此其拉伸性能主要取决于芯板。塑料排水板和其滤膜一般选取应变为10%时的拉力F10作为拉伸强度控制指标。

1）拉力

塑料排水板复合体10%应变对应拉力F10和最大拉力Fmax统计分析结果如表1所示。

表1 塑料排水板拉伸强度统计分析Table 1 Statistical analysis of tensile strength of plastic drainage board

温湿度为（18℃，30%）和（18℃，50%）时，塑料排水板复合体最大拉力和10%应变对应拉力的数据离散性和分布宽度相对较大；其余温湿度条件下的变异系数在1.0%~2.1%之间，数据离散性较小，具有较强的趋中性，且受温湿度影响不明显。18℃时，最大拉力值、10%应变对应拉力值的变异系数受湿度影响较大，即18℃时湿度对其数据离散性影响较大，且相对湿度越低离散性越大。10%应变对应拉力值离散性低于最大拉力Fmax，数据稳定性相对较好。

18℃时，相对湿度70%时的最大拉力明显大于相对湿度30%和50%时，其余温度下数值变化较小，受湿度影响不明显。10%应变对应拉力随温湿度变化规律与最大拉力相似。对不同温湿度条件下的最大拉力和10%应变对应拉力的平均值进行离散性分析，最大拉力平均值的标准差为0.303，变异系数为8.8%，从数据来看其离散性相对较大。10%应变对应的拉力平均值的标准差为0.332，变异系数为9.8%，相对偏差数值也大于最大拉力，具有更大的离散性。不考虑18℃试验结果时，最大拉力和10%应变对应拉力的平均值变异系数分别降至1.6%和1.8%，极值相对偏差降至-2.8%~1.8%，离散性明显减弱，具有较好的趋中性和数据稳定性。因此（21~25℃、30%~70%）范围的温湿度条件变化对塑料排水板复合体最大拉力值和10%应变对应拉力值的数值大小影响很小，可以忽略，（18℃，30%）和（18℃，50%）时数值明显减小，对试验结果的影响较大。

2）伸长率

塑料排水板伸长率数据分析如表2，与拉力值相比，不同点在于前者离散性大于后者，相似点为（18℃，30%）和（18℃，50%）时数据离散性明显大于其他温湿度条件。

表2 塑料排水板伸长率统计分析Table 2 Statistical analysis of elongation of plastic drainage board

不同湿度条件下伸长率的平均值会随温度变化而变化，伸长率随温度增高呈上升趋势，18℃时随湿度增大而增大，25℃时随湿度增大而略有减小。

对不同温湿度条件下的伸长率平均值进行离散性分析，标准差为1.9%，变异系数为17.9%，具有明显的离散性，极值相对偏差为-37.7%和17.9%，数据分布宽度大。由于（18℃，30%）和（18℃，50%）时伸长率明显较低，不考虑18℃伸长率平均值时，伸长率平均值的变异系数降至5.9%，极值相对偏差为-7.3%和6.8%，离散性明显减弱。

2.2 塑料排水板滤膜

1）拉力

表3 塑料排水板滤膜拉伸强度统计分析Table 3 Statistical analysis of tensile strength of plastic drainage board filter membrane

2）伸长率

9个不同温湿度条件下，滤膜伸长率统计分析如表4，变异系数为9.3%~18.7%，极值相对偏差为-25.6%~28.9%，离散性较大。如表4所示相对湿度30%时伸长率变异系数随温度升高而增大，相对湿度50%和70%时最大力对应伸长率变异系数随温度升高而减小。

表4 塑料排水板滤膜伸长率统计分析Table 4 Statistical analysis of elongation of plastic drainage board filter membrane

不同温湿度条件下伸长率平均值除（18℃，70%）时较大，其余温湿度条件下伸长率平均值较为接近。对不同温湿度条件下伸长率平均值进行离散性分析，变异系数为11.2%，极值相对偏差为-8.0%和27.2%，剔除（18℃，70%）伸长率平均值后，变异系数降至4.1%，最大值相对偏差降至5.8%，最小值与最大值偏差降至10.2%，离散性明显减小。

3 结语

1）塑料排水板复合体的宽度具有趋中性，温湿度条件变化对其离散性和数值大小影响很小。

2）塑料排水板复合体的拉力和伸长率具有一定离散性，（18℃，30%）和（18℃，50%）时离散性较大，数值相对较小，伸长率随温度增高呈上升趋势。

3）滤膜的拉力具有一定离散性，但是一般室内温湿度范围对其数据离散性和数值大小影响较小；伸长率离散性相对较大，温湿度条件对数据的离散性有一定影响，除（18℃，70%）时伸长率较大，其余温湿度条件下伸长率平均值较为接近。