具有大高宽比肋的多轴格栅或网状结构的制作方法

专利名称：具有大高宽比肋的多轴格栅或网状结构的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及在土木工程和建筑工程领域中用于机械稳定或保持的聚合物格 栅及结合的复合网状结构。更具体而言，本发明涉及具有大高宽比加强肋的聚合物格栅和 复合网状结构，尤其是整体土工格栅。这些格栅或网状结构具有沿该结构平面内至少两个 不同轴线设置的股或肋。
背景技术：
用于解释土工合成材料加强效果的机理仍然有待发展，该土工合成材料包括设 置在颗粒材料比如土壤或石头上的多轴土工格栅，例如当使用加强结构来抵抗车辆交通 的车辙效果时。已有研究表明，例如在《铺路工程国际期刊》(International Journal of PavementEngineering, i First article 2007,1-11)第一篇文章 2007,1-11 中 Kwon 等 人的题为“集料基础剩余应力影响格栅加强柔性路面反应”(Aggregate Base Residual Stresses Affecting Grid Reinforced FlexiblePavement Response)的文章中所报告的， 不可能基于土工格栅和颗粒材料各自的个性来描述加强效果。因此有必要引入复合基体或 刚性限制层的概念，该复合基体或刚性限制层由土工格栅和被土工格栅限制和约束的颗粒 材料构成。当颗粒材料土木工程结构由适当设计的具有高接合点强度和结构完整性的土工 合成材料加强时，例如由整体土工格栅加强时，所得到的复合基体与未加强结构相比能够 耐受增大的负荷和/或减少的变形。能够解释这种复合基体加强效果的一些因素包括(1)由于土工格栅的限制使颗 粒材料减少滑动和滚动而增加了可承受载荷；(2)由于颗粒材料和土工格栅之间的摩擦力 造成颗粒材料的剪切抵抗性增加；(3)由于具有坚固接合点的刚性土工格栅的约束作用而 增加了防止大量颗粒材料横向膨出的抵抗性；及(4)通过形成在颗粒材料和刚性土工格栅 之间的坚固机械接合增加了变形抵抗性。该机械接合或者互锁作用据信是取决于土工格栅 孔与颗粒材料相比的相对尺寸。孔稳定性模量(ASM)，即平面内土工格栅刚性的相对度量标准，是这样一种特 性，它已经被确认为用来对与车辆交通的轮载荷的车辙抵抗性相关的加强效果进行量 化。采用由几种方法制备的土工格栅材料进行实际现场试验，来比较使用多轴土工格栅 作为基层加强物的柔性路面的交通性能，即通过对平片材冲孔和拉伸形成的整体土工格 栅，通过挤出和拉伸格栅形成的整体土工格栅，以及通过缝编织物形成的土工格栅。参见 (Webster, Steve L.；轻型飞机用柔性路面的多轴土工格栅加强基层试验段构造，交通时 的性能，实验室试验，以及设计标准；报告D0T/FAA/RD-92 ； 1992年12月)(Multi-axial geogridReinforced Base Courses for Flexible Pavements for Light Aircraft Test Section Construction, Behavior under Traffic, Laboratory Tests, and Design Criteria)。结果表明，浙青路面试验段对重型轮载荷车辙的相对抵抗性与用于孔稳定性模 量的提议试验很相关。孔稳定性模量试验是这样进行的，即将多轴土工格栅样品夹持在夹具中以稳定 该土工格栅，然后将小夹子附连在接合点周围区域内的肋上。该接合点夹子附连到滑轮和 配重组成的系统，以便可以对该接合点施加已知扭矩。用来使接合点周围区域转动指定度 数所需的扭矩量被定义为孔稳定性模量。如果仅在单个接合点进行，那么孔稳定性模量试验能够很容易将具有整体形成接 合点的整体土工格栅的刚性相对大的接合点与当仅结合在一起时接合点刚性小得多的土 工格栅区分开。孔稳定性模量还提供了土工格栅刚性的相对指标。例如，通过缝编聚合物 丝构造的土工格栅比通过对聚合物片冲孔且随后定向而形成的整体土工格栅更加柔性。由于已经在孔稳定性模量和土工格栅性能之间建立了相关性，因此近来新型土工 格栅结构的设计工作有时致力于使孔稳定性模量最大化。特别地，由本发明的受让人所拥 有的美国专利US7001112(以下称为‘112专利)教导了 通过采用具有三角形孔的六肋结 构，与具有以克每平方米表示的相似重量的传统双轴土工格栅相比，孔稳定性模量比提高 了大约65%。通过引用把‘112专利的主题专门并入本说明书，就如同是在本文全部提出 ‘112专利一样。在保证格栅结构拥有刚性连接接合点或节点之后，一种提高孔稳定性模量的手段 是提高土工格栅平面内肋的弯曲刚度。肋对平面内剪切力矩或弯曲力矩的抵抗性越高，那 么肋对孔的表观“刚度”贡献就越大，表观“刚度”是通过用于确定孔稳定性模量的技术来 度量的。给定量肋材的最佳平面内剪切和弯曲抵抗性可以通过选择小高宽比肋形获得，其 中，高宽比(AR)定义为肋横截面厚度或高度与肋横截面宽度之比的最典型值。为使剪切和 弯曲抵抗性最大化，小高宽比(典型地是AR小于1)肋因此曾是使孔稳定性模量最大化的 优选肋形。事实上，为了获得高孔稳定性模量，‘112专利的教导采用了高宽比低至0. 38的 肋。在美国专利US5156495和US5419659中已经说明了小高宽比多轴土工格栅。在美 国专利US5156495中披露了土木工程结构，其中，双轴定向网状结构中定向股的AR基本小 于一。最后，在美国专利US5419659中，披露了采用双轴土工格栅构建土木工程结构的方 法，其中，定向股的厚度与宽度之比AR基本小于一。多轴土工格栅可以采用几种不同方法生产，一些方法已经使用了 25年以上。通 常，这种土工格栅由定向塑料材料制成的肋或股构成。多轴整体土工格栅通过挤出整体 浇铸的聚合物材料片制成，使聚合物材料片形成限定图案的孔或凹陷，之后对该聚合物材 料进行受控的双轴定向，以便使这些孔或凹陷形成孔洞或网眼开口。这种多轴土工格栅 和其它整体聚合物格栅结构的生产可以通过公知的技术来完成。如美国专利US4374798， US4590029, US4743486, US4756946和US7001112中所详细描述的那样，聚合物片材原料首 先被挤出，之后被冲孔以形成必要限定图案的孔或凹陷。在美国专利3252181,3317951， 3496965，4470942，4808358和5053264中，带有必要图案孔或凹陷的原料在聚合物挤出的 同时形成。多轴土工格栅的其它已知生产方法包括例如，缝编由例如聚酯丝制成的织物并 涂覆柔性涂层比如PVC涂层，或者通过编织或针织，或者甚至将定向塑料股点焊在一起。本发明预期适用于所有类型的多轴土工格栅，而不管土工格栅是用何种方法形成的。但是，优 选整体土工格栅。当前在土木工程结构中使用的多轴土工格栅的高宽比小于一。例如，通过冲孔和 定向塑料片材形成的整体土工格栅(带有整体接合点)的高宽比小于1，通常为0. 2到0. 9。 缝编织物土工格栅通常由通过缝合和/或涂覆方法结合起来的多个纱束构成；该多个纱束 并列布置，以便形成由两个或两个以上相邻纱构成的复合股。这些织物土工格栅的高宽比 通常约为0. 1至0. 6。通过对挤出网状结构定向而生产的格栅的高宽比通常约为0. 25至 0. 9。相比较而言，通过点焊或以其他方式结合的定向塑料条形成的土工格栅通常具有很小 的高宽比，例如小于或等于约0. 2。但是仅仅具有高的孔稳定性模量不一定能构建出当被包括在土木工程领域中作 为加强或保持装置时表现最佳的多轴土工格栅。通过例如将小高宽比定向塑料股点焊或以 其他方式结合在一起而形成的土工格栅拥有非常高的孔稳定性模量值，但是已表明，当被 包括到土木工程结构中时，这种土工格栅与形成有整体接合点的整体土工格栅相比对车辆 交通的车辙效应的抵抗能力有限。此外，可以仅仅增加格栅结构的厚度来提高孔稳定性模量，但是该方法增加了重 量和产品成本。优选的土工格栅是能获得最大加强效果、重量最轻和成本最低的土工格栅。通常，多轴土工格栅被形成为使得网眼或孔为正方形或长方形并由以直角相交形 成接合点的多个系列的平行肋或股构成。这些肋或股沿纵向即沿成品的机器方向以及横向 即与纵向股成直角的方向布置。这些股通常由定向聚合物材料构成，以便获得高拉伸强度 同时重量相对较轻。这种多轴土工格栅通过将施加的应力分布于纵向肋和横向肋而提供加 强作用。

发明内容
根据前述讨论，本发明基于令人吃惊的发现，即，当把具有大高宽比肋或股横截面 的多轴土工格栅或其它网状结构用作土木工程结构的加强部件时，比如在道路或飞机跑道 中，其中一层或多层土工格栅用作地基改善或基层加强，这种多轴土工格栅或其它网状结 构提供了改善的性能。该发现表明仅依靠通过孔稳定性模量度量的接合点稳定性不能完 全描述加强结构中多轴土工格栅对车辆交通车辙效应的抵抗能力。虽然并不打算据此被 约束，但是当前据信，大高宽比肋增加了对颗粒材料的限制或互锁，从而有利于得到加强复 合基体或刚性限制层的效果，并且该加强效果导致土木工程结构更好地抵抗所受的车辆负 载。本发明的另一个方面是大高宽比肋与改进载荷分布土工格栅几何结构相结合。例 如，拥有从每个接合点辐射的六股并因而具有三角形孔的多轴土工格栅将比具有长方形孔 的多轴土工格栅更有效地分配施加的应力。当六股土工格栅形成有大高宽比肋时，如本发 明所展示的那样，该土工格栅对车辆交通形成车辙的抵抗性比具有小高宽比肋的类似土工 格栅大大提高。优选的是形成有大体为等边三角形开口或孔的三角形土工格栅。此外，与长方形土工格栅相比，已经发现对三角形土工格栅而言，随着肋高宽比从 小到大，对形成车辙的抵抗性的提高量更大。除了大高宽比肋提供了对颗粒材料的增加限 制以外，三角形孔的布置还提供了能够在土工格栅结构内更有效分配施加应力的极佳加强肋结构。因此，对长方形土工格栅来说希望有较高的ASM值，而在三角形土工格栅中ASM值 看起来不是一个因素。无论如何，期望本发明适用于所有多轴土工格栅和网状结构，不管孔 是三角形的还是长方形的。此外，已经被公认的是，对在滚动轮交通条件下影响颗粒层中土工合成材料(特 别是整体土工格栅)性能的机理的研究是一个复杂的问题。在未受约束的集料内产生“稳 定层”是最终目标，为了达到该目标就需要限制或互锁该未受约束的集料，限制其运动，以 便减少由于载荷造成的竖直变形。正是该竖直变形产生了在很多道路和硬质表面上看见的 有害的常见车辙沟槽。提供稳定性的最重要区域是土工格栅/集料界面，因为该界面是决 定土工格栅与集料互锁程度的主要区域并因而限制集料的运动。因此，该土工格栅/集料 界面对稳定层的性能有主要影响。传统上，双轴定向土工格栅被制成为具有简单的长方形或正方形孔，所有拉伸元 件或肋在它们的接合点或交叉点处形成90度角。虽然在特定应用中已经对于与预定集料 的尺寸相关的最佳孔尺寸有一些考虑，但是到最近为止孔的形状和交叉角还是没变。如上所述，与带有长方形或正方形孔的整体土工格栅相比，根据‘112专利的具有 三角形孔的整体土工格栅已经表明能更有效利用可用的聚合物，并能够在多种应用中减少 交通变形。与根据本发明的大高宽比肋相结合，相信孔的形状也是一个实测改进的因素。由 于等边三角形孔在肋之间只有60度的夹角，而不是以前长方形或正方形孔的90度夹角，因 此这种较小角度的“楔入作用”可以更大程度并可能更牢固地限制集料，尤其是与土工格栅 接触但也从该区域朝表面向上延伸的集料。全面的交通试验已经表明，试验结束之后，从土 工格栅表面挖掘和去除集料对于等边三角形孔要比对于长方形或正方形孔更困难，因为集 料看起来被紧密地楔入到60度角的三角形孔内。根据本发明的多轴土工格栅的大AR肋的高宽比应当大于1.0。目前据信，本发明 的三角形土工格栅的高宽比应当优选为约1. 4至约2. 2，但是可以低至大于1. 0和高至约 2. 5，或更高。目前据信，根据本发明的长方形土工格栅的高宽比应当为大于1. 0至约4. 0， 并且伴随的孔稳定性模量为在施加20kg-cm的扭矩时大于约0. 3Nm/度，更优选为在施加 20kg-cm的扭矩时大于约0. 45Nm/度。这些优选的AR尺寸和ASM值可以根据不同结构和不 同类型多轴土工格栅的生产方法进行变化，尺寸的变化可以由本领域技术人员通过试验来 开发。此外，本发明的大AR肋的横截面不必是精确长方形的，例如也可以具有凹边。因此，本发明的目的是提供一种多轴格栅或网状结构，其具有基本均勻的一系列 大体平直定向的横向股或肋，它们通过接合点相互连接，从而在间隔开的行内横向跨过格 栅或网状结构延伸，该格栅或网状结构还具有多个大体平直定向的连接股或肋，它们将相 邻行内的接合点相互连接，以在相邻定向股或肋和接合点之间形成孔或开口，其中，股或肋 的高宽比大于1. 0。本发明的另一个目的是提供一种根据前一目的的格栅或网状结构，其中，格栅或 网状结构是三角形土工格栅的形式，并且定向股或肋的高宽比为大于ι. O至约2. 5，优选为 约L 4至约2. 2，孔或开口的形状优选为等边三角形。本发明的又一个目的是提供一种根据第一目的的格栅或网状结构，其中，格栅或 网状结构是长方形土工格栅的形式，并且定向股或肋的高宽比为大于ι. O至约4. 0。本发明的又一个目的是提供一种根据前一目的的格栅或网状结构，其中，在施加20kg-cm扭矩时该格栅或网状结构的孔稳定性模量为大于约0. 3Nm/度，优选为大于约 0. 45Nm/ 度。本发明的又一个目的是提供一种根据上述任何目的的格栅或网状结构，其中，格 栅或网状结构是整体土工格栅。本发明的又一个目的是提供一种加强颗粒材料的方法，通过在颗粒材料内嵌入上 述任何一种多轴格栅或网状结构来加强。本发明的又一个目的是提供一种由大量颗粒材料构成的地质工程结构，通过在颗 粒材料中嵌入根据上述任何一种格栅或网状结构的多轴土工格栅或网状结构来加强颗粒 材料。本发明的又一个目的是提供一种保持颗粒材料的方法，通过在颗粒材料中嵌入上 述任何一种多轴格栅或网状结构，以便至少部分将颗粒材料互锁在格栅或网状结构的孔或 开口内。本文提出的最后一个目的是提供一种利用塑料片原料制造双轴定向塑料材料整 体土工格栅的方法，使孔布置在基本相同形状和尺寸的阵列中，选择原料厚度、孔尺寸、阵 列的间距结构，以便形成高宽比大于1.0的整体土工格栅的定向股。本文所用术语的定义术语“多轴”指的是由在结构平面内沿至少两个不同的轴线布置的股或肋构成的 格栅或网状结构。术语“土工格栅”将指“多轴土工格栅”，除非该词“土工格栅”前缀有词“单轴”或 “单轴的”。术语“三角形土工格栅”指具有大体为三角形孔或开口的多轴土工格栅。术语“长方形土工格栅”指具有大体为长方形孔或开口的多轴土工格栅。术语“整体土工格栅”将指通过对具有确定图案的孔或凹陷的原料片材进行双轴 拉伸而制成的定向多轴土工格栅，其中，所述确定图案的孔或凹陷在最终的多轴土工格栅 中形成孔。术语“厚”、“薄”、“厚度”、“深”、“深度”和“浅”指原料或网状结构平面的法向尺寸， 术语“宽”、“窄”和“宽度”指原料或网状结构平面内的适当尺寸。术语“高宽比”被定义为相互连接肋的厚度与宽度之比的最具代表性的度量。厚 度和宽度通常在肋中点即接合点之间的中间处测得，假定肋尺寸相对均勻。从用于确定高 宽比的测量中排除了肋或股与节点交叉的那些区域。如果肋尺寸不均勻，那么高宽比应为 沿在交叉的接合点之间的肋长度最频繁出现的值，例如通过构建沿格栅结构内每组平行肋 长度的高宽比的直方图来确定最频繁出现的值。肋或股的厚度和宽度以及高宽比的值都可 以沿肋或股的长度变化，尤其当它们通过连接接合点或节点时。术语“孔稳定性模量”、ASM或“扭转刚度”指通过本文提到的试验程序所确定的包 括有肋或股以及接合点的土工格栅孔的相对刚度，其中，肋或股以及接合点在多轴土工格 栅内相互交叉。术语“车辆交通”指土木工程结构将要承受的载荷，该载荷是由于有轮车辆在结构 表面上通过所产生的动态载荷而导致的。术语“定向”指分子定向。通常，当提到定向股时，该定向的方向平行于股的纵轴线。“孔”指土工格栅结构内的开口区域，即由用作约束颗粒材料的肋或股确定边界的 开口区域。“单轴”和“双轴”分别指单轴定向和双轴定向。相对于网状结构而言，“双轴定向”指该网状结构已经在大致彼此成直角的两个方 向上拉伸。原料内的孔可以是通孔或盲孔。如果孔是盲孔，那么孔内的薄膜或隔膜将在拉 伸时破裂，或者可保持仍为薄的隔膜。这些孔可以通过在原料上冲孔形成，例如美国专利 4374798所披露的，或者也可以通过挤出而形成，如美国专利5053264所披露的，或者可以 通过适当的模压加工而形成，或者利用任何其它适当方式形成。“MD”是机器方向，或者在试验工作中是预期的机器方向，通常是土工格栅的长度 方向。“ TD，，是横向，或者在试验工作中是预期的横向，基本与MD成直角。术语“颗粒材料”包括岩石、石头、砂砾、沙子、泥土、粘土、用粘合剂例如浙青或水 泥保持的集料、混凝土，或者用于土木技术工程或建筑中的任何其它粒状或内聚性材料。本 文所用的术语“土壤”或集料与“颗粒材料”有相同的含义。“可比的传统双轴土工格栅”是一种传统的双轴整体土工格栅，其具有小高宽比 (小于1.0)的肋，该土工格栅通过拉伸塑料片原料和双轴拉伸制成，该原料是相同的塑料 材料，该土工格栅具有相同的单位面积的重量。除非上下文中还有其它明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的词“包括”之 类用于表示包含的含义，而不是排他或穷举的含义，也就是说含义是“包括但不限于”。


通过参考下面结合附图的详细描述，本发明的目的及其很多预计优点将变得更加清楚。图1是带有成六边形图案的孔的第一原料一部分的平面图。图2对应于图1，但是用字母a，b，c代表孔间隔尺寸。图3是图1和2所示原料沿机器方向(MD)单轴拉伸后的平面图。图4是沿横向(TD)拉伸图3所示材料而形成的具有三角形孔的多轴土工格栅的 平面图。图5的曲线图给出了根据交通模拟试验获得的结果，其中绘出了包含具有三角形 孔的多轴土工格栅的加强结构的车辙抵抗性与具有可变高宽比的肋横截面之间的关系。图6是带有成长方形图案的孔的第二原料一部分的平面图。图7是图6所示原料沿机器方向单轴拉伸后的平面图。图8是通过沿横向拉伸图7所示材料而形成的具有长方形孔的多轴土工格栅的平 面图。
具体实施例方式本发明的进一步应用范围从下面给出的详细描述和实例中将变得清楚。但是，应当理解，尽管表示了本发明的优选实施例，但这些详细描述和具体实例仅作为示例，因为从 该详细描述中，本领域的技术人员将明白在本发明精神和范围内的各种变化和改进。此外， 在描述这些优选实施例时，为了清楚起见将使用上面定义的特定术语。应当理解，每个特定 术语包括以类似方式工作以实现类似目的的所有技术上的等同物。在图1-4所示第一优选实施例中，用图1所示的原料1制备图4所示的三角形土 工格栅10。尽管也可以使用其它片材，但是该原料优选是具有平坦平行表面的单平面挤出 塑料材料片。孔2被冲出或形成为一系列形状和尺寸基本相同的六边形3，以便基本上每个 孔2都位于三个六边形3中每个六边形的角上。为了用冲孔片生产三角形土工格栅10，对 原料1加热，并沿概念MD进行第一次拉伸，也就是沿与图1所示六边形3的MD侧基本平行 的方向。随后把得到的图3所示的单轴定向格栅5沿TD拉伸，以便制出图4所示的双轴定 向三角形土工格栅10。所得到的多轴土工格栅10由带有肋或股14的三角形孔12构成，这 些肋或股14在每个接合点16以大约60度角相汇。如图4所示，格栅或网状结构10包括大体均勻的一系列基本平直定向的横向股或 肋18，这些横向股或肋18被接合点16相互连接成直线，从而在间隔开的横向延伸的行(大 体上用附图标记20表示)中横向跨过格栅或网状结构延伸。多个基本平直定向的连接股 或肋22把相邻行20中的接合点16相互连接，它们与横向延伸的股或肋18 —起形成多个 基本为等边三角形的孔或开口 12。根据本发明，选择原料1的厚度以及冲孔2的间隔尺寸(即冲孔间距，在图2中用 a、b、c表示)，以便三角形土工格栅10的肋或股14的高宽比大于1. 0，优选在约1. 4至约 2. 2的范围，但是也可以改变为高达约2. 5或大于2. 5。更具体而言，如果孔间隔即冲孔间距保持恒定，那么肋或股的高宽比将随原料片 厚度增加而增大。但是，在起始的冲孔间距与片厚之间有相互影响的效果，该效果决定了最 后得到的土工格栅的最终肋高宽比，因为间距和厚度都可以独立变化。在图6-8所示的第二优选实施例中，用图6所示的原料32制备图8所示的长方形 土工格栅30。如美国专利4374798所述，图6所示原料32优选是具有平坦平行表面的单 平面挤出塑料材料片36。但是，也可以使用其它挤出原料。孔或凹陷34被冲出或形成为 正方形或长方形阵列38，以便用冲孔或成形后的原料片32制成多轴土工格栅30。对原料 片32加热，并沿概念MD即沿与图6中长方形孔图案的MD侧基本平行的方向进行第一次拉 伸。随后沿TD拉伸所获得的图7所示的单轴定向土工格栅40，以便制成双轴定向的最终产 品30，如图8所示。得到的多轴土工格栅30由带有肋或股44的多个正方形或长方形孔42 构成，这些肋或股44在每个接合点46以几乎90度角相汇。如图8所示，该格栅或网状结构30包括大体均勻的一系列基本平直定向的横向股 或肋48，这些横向股或肋48被接合点46相互连接，从而在间隔开的横向行(大体上用附图 标记52表示)中横向地跨过格栅或网状结构延伸。多个基本平直定向的连接股或肋54把 相邻行52中的接合点46相互连接，它们与横向延伸的股或肋50 —起形成多个大致为长方 形的孔或开口 42。根据本发明，选择原料片32的厚度以及孔或凹陷34的尺寸和间隔，以便使所得到 的长方形土工格栅30的肋或股的高宽比大于1. 0且小于约4. 0，并且在施加20kg-cm的扭 矩时，伴随的孔稳定性模量(ASM)大于0. 3Nm/度，更优选大于0. 45Nm/度。
实例试验方法用于测量实例的孔稳定性模量(ASM)的一般方法概述在“GRI试验方法GG9，双向 土工格栅在经受平面内转动时扭转行为的标准试验方法”(GRI Test Method GG9, Standard Test Method for TorsionalBehavior of Bidirectional Geogrids when Subjected to In-PlaneRotation)，土工合成材料研究院(Geosynthetic Research Institute)，2004年 3 月10日。对于这里所述的ASM试验，用正方形夹持框或封闭盒夹紧多轴土工格栅样品的整 个周边，该多轴土工格栅样品的尺寸大约为350mmX 350mm，接合点或节点正好位于框中央。 对于股或肋以90度角或几乎90度角相交的传统双轴土工格栅产品，用四个螺栓把由一套 匹配板构成的扭转装置固定在试验样品上。为了使该试验方法适应六股土工格栅几何形状，例如，扭转装置被改进成使得在 施加扭矩时螺栓将直接支承在样品的肋或股上。在此情况下，采用了这样一种扭转装置， 在该装置周围有以60度间隔开的六个螺栓。为了进行该试验，通过施加不断增大量的扭 矩来使扭转装置相对于周边的夹具转动，以便确定平面内的扭转刚度，正如上述提到的试 验方法所述，不同之处在于只进行一个加载循环。在‘112专利的教导中，孔稳定性模量试 验结果表示为施加4. 5Nm的扭矩时附接在样品上的接点夹具转动的度数。对于给定扭矩 值，转动度数越小，则ASM或扭转刚度值越大。该惯例适用于本说明书中的三角形土工格 栅。对于带有长方形孔的土工格栅，报告ASM试验结果的另一个测量单位是在施加扭矩值 为20kg-cm时的Nm/度(牛顿-米每度)。Nm/度值越高，样品的扭转刚度越大。对于本说 明书中的长方形孔土工格栅，采用在施加扭矩为20kg-cm时的Nm/度来报告ASM值。采用例如Webster (如上所述)描述的新的小规模试验来模拟已确立的现场试验， 以便评估多轴土工格栅对由于车辆交通造成的车辙的抵抗性能。该小规模试验设计成能够 再现对多轴土工格栅交通性能的已确立现场试验的结果，并且包括由底层泥土地基、单层 土工格栅以及颗粒材料压实颗粒底基构成的试验段。该试验段承受单个加重轮的载荷。该 轮沿单个水平路径横越该试验段，从该试验段的一端到另一端不断地逆转方向。在这种试 验中，不带土工格栅的控制试验段将迅速损坏。例如，轮在非加强试验段上通过1000次后， 将形成深的车辙。通过使用适当设计的多轴土工格栅作为加强件，与未加强试验段相比，对 于给定的轮通过次数，车辙深度将减小。该减小的车辙深度对土木工程结构的寿命有影响， 并且能够把该寿命延长为未加强结构寿命的达50倍。因此，根据本发明加强的道路或其它 土木工程结构将具有延长的使用寿命和减少的维护需求。实例图1至5和表1 第一组大高宽比的样品在根据本发明构造的第一组大高宽比肋样品中，这些样品是采用优选完全一致的 原料按照图1-4所述实施例制备的。冲孔间隔或间距(在图2中用a，b，c表示)的尺寸是 可变化的。在这些样品中，所获得的多轴土工格栅由带有肋或股的三角形孔构成，肋或股在 每个接合点处以大约60度角相汇。表1根据本发明带有三角形孔的第一组土工格栅样品
样品片厚，mm尺寸a, mm尺寸b，mm尺寸c，mm肋高宽比
权利要求
1.一种多轴格栅或网状结构，包括基本均勻的一系列大体平直定向的横向股或肋和多 个大体平直定向的连接股或肋，所述横向股或肋通过接合点相互连接，从而以间隔开的行 横向跨过所述格栅或网状结构延伸，所述连接股或肋把相邻行中的接合点相互连接，以在 相邻的定向股或肋和接合点之间形成孔或开口，所述股或肋的高宽比大于1.0。
2.根据权利要求1的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构是整体土工格栅。
3.根据权利要求1的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构是三角形土工格栅，并 且所述高宽比为1. 0至约2. 5，优选为约1. 4至约2. 2。
4.根据权利要求1的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构是长方形土工格栅，并 且所述高宽比为1.0至约4.0。
5.根据权利要求4的格栅或网状结构，其中，在施加20kg-cm扭矩时，该格栅或网状结 构的孔稳定性模量大于约0. 3Nm/度，优选大于约0. 45Nm/度。
6.一种加强颗粒材料的方法，包括在颗粒材料内嵌入权利要求2的多轴土工格栅。
7.一种地质工程结构，包括大量颗粒材料，该颗粒材料通过在其中嵌入权利要求2所 述的多轴土工格栅来加强。
8.如权利要求1的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构是在接合点处交叉的第 一系列平行股或肋和第二系列平行股或肋，第二系列平行股或肋基本垂直于第一系列平行 股或肋。
9.如权利要求8的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构是具有大体为长方形孔 或开口的整体土工格栅。
10.如权利要求1的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构具有在接合点处相互交 叉的三个或更多系列的平行股或肋，以便这些股或肋在接合点处的交叉角度不等于90度。
11.如权利要求10的格栅或网状结构，其中，该格栅或网状结构具有在接合点处以大 约60度的角度相互交叉的三个系列的平行股或肋，以便形成基本为等边三角形的孔或开
12.如权利要求1的格栅或网状结构，其中，肋在其中心处或靠近其中心处具有凹的横截面。
13.一种保持颗粒材料的方法，包括在颗粒材料中嵌入权利要求1所述的格栅或网状 结构，以便将颗粒材料至少部分地互锁在所述孔或开口内。
14.一种制造双轴定向塑料材料整体土工格栅的方法，包括提供具有选定厚度和多个孔的塑料片原料，这些孔具有选定尺寸并布置成具有基本相 同形状和尺寸的选定结构阵列；在第一方向进行拉伸，以便在每个结构的各边上的相邻孔之间拉伸股形成区域，从而 从这些区域形成定向股；在与所述第一方向基本成直角的第二方向进行拉伸，以便在选定结构的边上的相邻孔 之间拉伸股形成区域，从而从这些区域形成定向股；及分别选择片原料的厚度，孔的尺寸和孔的构造，以便形成高宽比大于1. 0的定向股。
15.一种地质工程结构，包括大量颗粒材料，这些颗粒材料通过在其中嵌入根据权利要 求14的方法生产的双轴定向塑料材料土工格栅来加强。
16.一种加强颗粒材料的方法，包括在颗粒材料中嵌入根据权利要求14的方法制成的双轴定向塑料材料土工格栅，该颗粒材料至少部分地被互锁于所述定向股之间的孔内。
全文摘要
一种多轴土工格栅，具有沿其结构平面内至少两个不同轴线设置的一系列相互连接的股或肋。这些股或肋的高宽比大于1.0，其中高宽比定义为厚度与宽度的比值，厚度是该结构平面的法向。为了形成大高宽比的肋，可以采用任何公知的各种生产土工格栅的方法，通过改变过程参数来生产土工格栅。加强的土木工程结构以及其生产方法，是通过在土壤中嵌入一个或多个具有大高宽比肋的水平土工格栅层来形成的。在经受车辆交通时，该加强结构显示出改善的车辙性能。
文档编号D04H3/04GK102066668SQ200980109664
公开日2011年5月18日 申请日期2009年2月13日 优先权日2008年2月15日
发明者A·T·沃尔什 申请人:坦萨国际公司, 坦萨技术有限公司