專利名稱：具有大高寬比肋的多軸格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及在土木工程和建筑工程領(lǐng)域中用于機械穩(wěn)定或保持的聚合物格 柵及結(jié)合的復合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。更具體而言，本發(fā)明涉及具有大高寬比加強肋的聚合物格柵和 復合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，尤其是整體土工格柵。這些格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有沿該結(jié)構(gòu)平面內(nèi)至少兩個 不同軸線設(shè)置的股或肋。
背景技術(shù)：
用于解釋土工合成材料加強效果的機理仍然有待發(fā)展，該土工合成材料包括設(shè) 置在顆粒材料比如土壤或石頭上的多軸土工格柵，例如當使用加強結(jié)構(gòu)來抵抗車輛交通 的車轍效果時。已有研究表明，例如在《鋪路工程國際期刊》(International Journal of PavementEngineering, i First article 2007,1-11)第一篇文章 2007,1-11 中 Kwon 等 人的題為“集料基礎(chǔ)剩余應力影響格柵加強柔性路面反應”(Aggregate Base Residual Stresses Affecting Grid Reinforced FlexiblePavement Response)的文章中所報告的， 不可能基于土工格柵和顆粒材料各自的個性來描述加強效果。因此有必要引入復合基體或 剛性限制層的概念，該復合基體或剛性限制層由土工格柵和被土工格柵限制和約束的顆粒 材料構(gòu)成。當顆粒材料土木工程結(jié)構(gòu)由適當設(shè)計的具有高接合點強度和結(jié)構(gòu)完整性的土工 合成材料加強時，例如由整體土工格柵加強時，所得到的復合基體與未加強結(jié)構(gòu)相比能夠 耐受增大的負荷和/或減少的變形。能夠解釋這種復合基體加強效果的一些因素包括(1)由于土工格柵的限制使顆 粒材料減少滑動和滾動而增加了可承受載荷；(2)由于顆粒材料和土工格柵之間的摩擦力 造成顆粒材料的剪切抵抗性增加；(3)由于具有堅固接合點的剛性土工格柵的約束作用而 增加了防止大量顆粒材料橫向膨出的抵抗性；及(4)通過形成在顆粒材料和剛性土工格柵 之間的堅固機械接合增加了變形抵抗性。該機械接合或者互鎖作用據(jù)信是取決于土工格柵 孔與顆粒材料相比的相對尺寸?？追€(wěn)定性模量(ASM)，即平面內(nèi)土工格柵剛性的相對度量標準，是這樣一種特 性，它已經(jīng)被確認為用來對與車輛交通的輪載荷的車轍抵抗性相關(guān)的加強效果進行量 化。采用由幾種方法制備的土工格柵材料進行實際現(xiàn)場試驗，來比較使用多軸土工格柵 作為基層加強物的柔性路面的交通性能，即通過對平片材沖孔和拉伸形成的整體土工格 柵，通過擠出和拉伸格柵形成的整體土工格柵，以及通過縫編織物形成的土工格柵。參見 (Webster, Steve L.；輕型飛機用柔性路面的多軸土工格柵加強基層試驗段構(gòu)造，交通時 的性能，實驗室試驗，以及設(shè)計標準；報告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)。結(jié)果表明，浙青路面試驗段對重型輪載荷車轍的相對抵抗性與用于孔穩(wěn)定性模 量的提議試驗很相關(guān)?？追€(wěn)定性模量試驗是這樣進行的，即將多軸土工格柵樣品夾持在夾具中以穩(wěn)定 該土工格柵，然后將小夾子附連在接合點周圍區(qū)域內(nèi)的肋上。該接合點夾子附連到滑輪和 配重組成的系統(tǒng)，以便可以對該接合點施加已知扭矩。用來使接合點周圍區(qū)域轉(zhuǎn)動指定度 數(shù)所需的扭矩量被定義為孔穩(wěn)定性模量。如果僅在單個接合點進行，那么孔穩(wěn)定性模量試驗能夠很容易將具有整體形成接 合點的整體土工格柵的剛性相對大的接合點與當僅結(jié)合在一起時接合點剛性小得多的土 工格柵區(qū)分開?？追€(wěn)定性模量還提供了土工格柵剛性的相對指標。例如，通過縫編聚合物 絲構(gòu)造的土工格柵比通過對聚合物片沖孔且隨后定向而形成的整體土工格柵更加柔性。由于已經(jīng)在孔穩(wěn)定性模量和土工格柵性能之間建立了相關(guān)性，因此近來新型土工 格柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作有時致力于使孔穩(wěn)定性模量最大化。特別地，由本發(fā)明的受讓人所擁 有的美國專利US7001112(以下稱為‘112專利)教導了 通過采用具有三角形孔的六肋結(jié) 構(gòu)，與具有以克每平方米表示的相似重量的傳統(tǒng)雙軸土工格柵相比，孔穩(wěn)定性模量比提高 了大約65%。通過引用把‘112專利的主題專門并入本說明書，就如同是在本文全部提出 ‘112專利一樣。在保證格柵結(jié)構(gòu)擁有剛性連接接合點或節(jié)點之后，一種提高孔穩(wěn)定性模量的手段 是提高土工格柵平面內(nèi)肋的彎曲剛度。肋對平面內(nèi)剪切力矩或彎曲力矩的抵抗性越高，那 么肋對孔的表觀“剛度”貢獻就越大，表觀“剛度”是通過用于確定孔穩(wěn)定性模量的技術(shù)來 度量的。給定量肋材的最佳平面內(nèi)剪切和彎曲抵抗性可以通過選擇小高寬比肋形獲得，其 中，高寬比(AR)定義為肋橫截面厚度或高度與肋橫截面寬度之比的最典型值。為使剪切和 彎曲抵抗性最大化，小高寬比(典型地是AR小于1)肋因此曾是使孔穩(wěn)定性模量最大化的 優(yōu)選肋形。事實上，為了獲得高孔穩(wěn)定性模量，‘112專利的教導采用了高寬比低至0. 38的 肋。在美國專利US5156495和US5419659中已經(jīng)說明了小高寬比多軸土工格柵。在美 國專利US5156495中披露了土木工程結(jié)構(gòu)，其中，雙軸定向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中定向股的AR基本小 于一。最后，在美國專利US5419659中，披露了采用雙軸土工格柵構(gòu)建土木工程結(jié)構(gòu)的方 法，其中，定向股的厚度與寬度之比AR基本小于一。多軸土工格柵可以采用幾種不同方法生產(chǎn)，一些方法已經(jīng)使用了 25年以上。通 常，這種土工格柵由定向塑料材料制成的肋或股構(gòu)成。多軸整體土工格柵通過擠出整體 澆鑄的聚合物材料片制成，使聚合物材料片形成限定圖案的孔或凹陷，之后對該聚合物材 料進行受控的雙軸定向，以便使這些孔或凹陷形成孔洞或網(wǎng)眼開口。這種多軸土工格柵 和其它整體聚合物格柵結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)可以通過公知的技術(shù)來完成。如美國專利US4374798， US4590029, US4743486, US4756946和US7001112中所詳細描述的那樣，聚合物片材原料首 先被擠出，之后被沖孔以形成必要限定圖案的孔或凹陷。在美國專利3252181,3317951， 3496965，4470942，4808358和5053264中，帶有必要圖案孔或凹陷的原料在聚合物擠出的 同時形成。多軸土工格柵的其它已知生產(chǎn)方法包括例如，縫編由例如聚酯絲制成的織物并 涂覆柔性涂層比如PVC涂層，或者通過編織或針織，或者甚至將定向塑料股點焊在一起。本發(fā)明預期適用于所有類型的多軸土工格柵，而不管土工格柵是用何種方法形成的。但是，優(yōu) 選整體土工格柵。當前在土木工程結(jié)構(gòu)中使用的多軸土工格柵的高寬比小于一。例如，通過沖孔和 定向塑料片材形成的整體土工格柵(帶有整體接合點)的高寬比小于1，通常為0. 2到0. 9。 縫編織物土工格柵通常由通過縫合和/或涂覆方法結(jié)合起來的多個紗束構(gòu)成；該多個紗束 并列布置，以便形成由兩個或兩個以上相鄰紗構(gòu)成的復合股。這些織物土工格柵的高寬比 通常約為0. 1至0. 6。通過對擠出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)定向而生產(chǎn)的格柵的高寬比通常約為0. 25至 0. 9。相比較而言，通過點焊或以其他方式結(jié)合的定向塑料條形成的土工格柵通常具有很小 的高寬比，例如小于或等于約0. 2。但是僅僅具有高的孔穩(wěn)定性模量不一定能構(gòu)建出當被包括在土木工程領(lǐng)域中作 為加強或保持裝置時表現(xiàn)最佳的多軸土工格柵。通過例如將小高寬比定向塑料股點焊或以 其他方式結(jié)合在一起而形成的土工格柵擁有非常高的孔穩(wěn)定性模量值，但是已表明，當被 包括到土木工程結(jié)構(gòu)中時，這種土工格柵與形成有整體接合點的整體土工格柵相比對車輛 交通的車轍效應的抵抗能力有限。此外，可以僅僅增加格柵結(jié)構(gòu)的厚度來提高孔穩(wěn)定性模量，但是該方法增加了重 量和產(chǎn)品成本。優(yōu)選的土工格柵是能獲得最大加強效果、重量最輕和成本最低的土工格柵。通常，多軸土工格柵被形成為使得網(wǎng)眼或孔為正方形或長方形并由以直角相交形 成接合點的多個系列的平行肋或股構(gòu)成。這些肋或股沿縱向即沿成品的機器方向以及橫向 即與縱向股成直角的方向布置。這些股通常由定向聚合物材料構(gòu)成，以便獲得高拉伸強度 同時重量相對較輕。這種多軸土工格柵通過將施加的應力分布于縱向肋和橫向肋而提供加 強作用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)前述討論，本發(fā)明基于令人吃驚的發(fā)現(xiàn)，即，當把具有大高寬比肋或股橫截面 的多軸土工格柵或其它網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)用作土木工程結(jié)構(gòu)的加強部件時，比如在道路或飛機跑道 中，其中一層或多層土工格柵用作地基改善或基層加強，這種多軸土工格柵或其它網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)提供了改善的性能。該發(fā)現(xiàn)表明僅依靠通過孔穩(wěn)定性模量度量的接合點穩(wěn)定性不能完 全描述加強結(jié)構(gòu)中多軸土工格柵對車輛交通車轍效應的抵抗能力。雖然并不打算據(jù)此被 約束，但是當前據(jù)信，大高寬比肋增加了對顆粒材料的限制或互鎖，從而有利于得到加強復 合基體或剛性限制層的效果，并且該加強效果導致土木工程結(jié)構(gòu)更好地抵抗所受的車輛負 載。本發(fā)明的另一個方面是大高寬比肋與改進載荷分布土工格柵幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合。例 如，擁有從每個接合點輻射的六股并因而具有三角形孔的多軸土工格柵將比具有長方形孔 的多軸土工格柵更有效地分配施加的應力。當六股土工格柵形成有大高寬比肋時，如本發(fā) 明所展示的那樣，該土工格柵對車輛交通形成車轍的抵抗性比具有小高寬比肋的類似土工 格柵大大提高。優(yōu)選的是形成有大體為等邊三角形開口或孔的三角形土工格柵。此外，與長方形土工格柵相比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對三角形土工格柵而言，隨著肋高寬比從 小到大，對形成車轍的抵抗性的提高量更大。除了大高寬比肋提供了對顆粒材料的增加限 制以外，三角形孔的布置還提供了能夠在土工格柵結(jié)構(gòu)內(nèi)更有效分配施加應力的極佳加強肋結(jié)構(gòu)。因此，對長方形土工格柵來說希望有較高的ASM值，而在三角形土工格柵中ASM值 看起來不是一個因素。無論如何，期望本發(fā)明適用于所有多軸土工格柵和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不管孔 是三角形的還是長方形的。此外，已經(jīng)被公認的是，對在滾動輪交通條件下影響顆粒層中土工合成材料(特 別是整體土工格柵)性能的機理的研究是一個復雜的問題。在未受約束的集料內(nèi)產(chǎn)生“穩(wěn) 定層”是最終目標，為了達到該目標就需要限制或互鎖該未受約束的集料，限制其運動，以 便減少由于載荷造成的豎直變形。正是該豎直變形產(chǎn)生了在很多道路和硬質(zhì)表面上看見的 有害的常見車轍溝槽。提供穩(wěn)定性的最重要區(qū)域是土工格柵/集料界面，因為該界面是決 定土工格柵與集料互鎖程度的主要區(qū)域并因而限制集料的運動。因此，該土工格柵/集料 界面對穩(wěn)定層的性能有主要影響。傳統(tǒng)上，雙軸定向土工格柵被制成為具有簡單的長方形或正方形孔，所有拉伸元 件或肋在它們的接合點或交叉點處形成90度角。雖然在特定應用中已經(jīng)對于與預定集料 的尺寸相關(guān)的最佳孔尺寸有一些考慮，但是到最近為止孔的形狀和交叉角還是沒變。如上所述，與帶有長方形或正方形孔的整體土工格柵相比，根據(jù)‘112專利的具有 三角形孔的整體土工格柵已經(jīng)表明能更有效利用可用的聚合物，并能夠在多種應用中減少 交通變形。與根據(jù)本發(fā)明的大高寬比肋相結(jié)合，相信孔的形狀也是一個實測改進的因素。由 于等邊三角形孔在肋之間只有60度的夾角，而不是以前長方形或正方形孔的90度夾角，因 此這種較小角度的“楔入作用”可以更大程度并可能更牢固地限制集料，尤其是與土工格柵 接觸但也從該區(qū)域朝表面向上延伸的集料。全面的交通試驗已經(jīng)表明，試驗結(jié)束之后，從土 工格柵表面挖掘和去除集料對于等邊三角形孔要比對于長方形或正方形孔更困難，因為集 料看起來被緊密地楔入到60度角的三角形孔內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的多軸土工格柵的大AR肋的高寬比應當大于1.0。目前據(jù)信，本發(fā)明 的三角形土工格柵的高寬比應當優(yōu)選為約1. 4至約2. 2，但是可以低至大于1. 0和高至約 2. 5，或更高。目前據(jù)信，根據(jù)本發(fā)明的長方形土工格柵的高寬比應當為大于1. 0至約4. 0， 并且伴隨的孔穩(wěn)定性模量為在施加20kg-cm的扭矩時大于約0. 3Nm/度，更優(yōu)選為在施加 20kg-cm的扭矩時大于約0. 45Nm/度。這些優(yōu)選的AR尺寸和ASM值可以根據(jù)不同結(jié)構(gòu)和不 同類型多軸土工格柵的生產(chǎn)方法進行變化，尺寸的變化可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過試驗來 開發(fā)。此外，本發(fā)明的大AR肋的橫截面不必是精確長方形的，例如也可以具有凹邊。因此，本發(fā)明的目的是提供一種多軸格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其具有基本均勻的一系列 大體平直定向的橫向股或肋，它們通過接合點相互連接，從而在間隔開的行內(nèi)橫向跨過格 柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)延伸，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還具有多個大體平直定向的連接股或肋，它們將相 鄰行內(nèi)的接合點相互連接，以在相鄰定向股或肋和接合點之間形成孔或開口，其中，股或肋 的高寬比大于1. 0。本發(fā)明的另一個目的是提供一種根據(jù)前一目的的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，格柵或 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是三角形土工格柵的形式，并且定向股或肋的高寬比為大于ι. O至約2. 5，優(yōu)選為 約L 4至約2. 2，孔或開口的形狀優(yōu)選為等邊三角形。本發(fā)明的又一個目的是提供一種根據(jù)第一目的的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，格柵或 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是長方形土工格柵的形式，并且定向股或肋的高寬比為大于ι. O至約4. 0。本發(fā)明的又一個目的是提供一種根據(jù)前一目的的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，在施加20kg-cm扭矩時該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔穩(wěn)定性模量為大于約0. 3Nm/度，優(yōu)選為大于約 0. 45Nm/ 度。本發(fā)明的又一個目的是提供一種根據(jù)上述任何目的的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，格 柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是整體土工格柵。本發(fā)明的又一個目的是提供一種加強顆粒材料的方法，通過在顆粒材料內(nèi)嵌入上 述任何一種多軸格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來加強。本發(fā)明的又一個目的是提供一種由大量顆粒材料構(gòu)成的地質(zhì)工程結(jié)構(gòu)，通過在顆 粒材料中嵌入根據(jù)上述任何一種格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多軸土工格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來加強顆粒 材料。本發(fā)明的又一個目的是提供一種保持顆粒材料的方法，通過在顆粒材料中嵌入上 述任何一種多軸格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以便至少部分將顆粒材料互鎖在格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔或 開口內(nèi)。本文提出的最后一個目的是提供一種利用塑料片原料制造雙軸定向塑料材料整 體土工格柵的方法，使孔布置在基本相同形狀和尺寸的陣列中，選擇原料厚度、孔尺寸、陣 列的間距結(jié)構(gòu)，以便形成高寬比大于1.0的整體土工格柵的定向股。本文所用術(shù)語的定義術(shù)語“多軸”指的是由在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)沿至少兩個不同的軸線布置的股或肋構(gòu)成的 格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。術(shù)語“土工格柵”將指“多軸土工格柵”，除非該詞“土工格柵”前綴有詞“單軸”或 “單軸的”。術(shù)語“三角形土工格柵”指具有大體為三角形孔或開口的多軸土工格柵。術(shù)語“長方形土工格柵”指具有大體為長方形孔或開口的多軸土工格柵。術(shù)語“整體土工格柵”將指通過對具有確定圖案的孔或凹陷的原料片材進行雙軸 拉伸而制成的定向多軸土工格柵，其中，所述確定圖案的孔或凹陷在最終的多軸土工格柵 中形成孔。術(shù)語“厚”、“薄”、“厚度”、“深”、“深度”和“淺”指原料或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)平面的法向尺寸， 術(shù)語“寬”、“窄”和“寬度”指原料或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的適當尺寸。術(shù)語“高寬比”被定義為相互連接肋的厚度與寬度之比的最具代表性的度量。厚 度和寬度通常在肋中點即接合點之間的中間處測得，假定肋尺寸相對均勻。從用于確定高 寬比的測量中排除了肋或股與節(jié)點交叉的那些區(qū)域。如果肋尺寸不均勻，那么高寬比應為 沿在交叉的接合點之間的肋長度最頻繁出現(xiàn)的值，例如通過構(gòu)建沿格柵結(jié)構(gòu)內(nèi)每組平行肋 長度的高寬比的直方圖來確定最頻繁出現(xiàn)的值。肋或股的厚度和寬度以及高寬比的值都可 以沿肋或股的長度變化，尤其當它們通過連接接合點或節(jié)點時。術(shù)語“孔穩(wěn)定性模量”、ASM或“扭轉(zhuǎn)剛度”指通過本文提到的試驗程序所確定的包 括有肋或股以及接合點的土工格柵孔的相對剛度，其中，肋或股以及接合點在多軸土工格 柵內(nèi)相互交叉。術(shù)語“車輛交通”指土木工程結(jié)構(gòu)將要承受的載荷，該載荷是由于有輪車輛在結(jié)構(gòu) 表面上通過所產(chǎn)生的動態(tài)載荷而導致的。術(shù)語“定向”指分子定向。通常，當提到定向股時，該定向的方向平行于股的縱軸線。“孔”指土工格柵結(jié)構(gòu)內(nèi)的開口區(qū)域，即由用作約束顆粒材料的肋或股確定邊界的 開口區(qū)域?！皢屋S”和“雙軸”分別指單軸定向和雙軸定向。相對于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而言，“雙軸定向”指該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)在大致彼此成直角的兩個方 向上拉伸。原料內(nèi)的孔可以是通孔或盲孔。如果孔是盲孔，那么孔內(nèi)的薄膜或隔膜將在拉 伸時破裂，或者可保持仍為薄的隔膜。這些孔可以通過在原料上沖孔形成，例如美國專利 4374798所披露的，或者也可以通過擠出而形成，如美國專利5053264所披露的，或者可以 通過適當?shù)哪杭庸ざ纬?，或者利用任何其它適當方式形成?！癕D”是機器方向，或者在試驗工作中是預期的機器方向，通常是土工格柵的長度 方向。“ TD，，是橫向，或者在試驗工作中是預期的橫向，基本與MD成直角。術(shù)語“顆粒材料”包括巖石、石頭、砂礫、沙子、泥土、粘土、用粘合劑例如浙青或水 泥保持的集料、混凝土，或者用于土木技術(shù)工程或建筑中的任何其它粒狀或內(nèi)聚性材料。本 文所用的術(shù)語“土壤”或集料與“顆粒材料”有相同的含義?！翱杀鹊膫鹘y(tǒng)雙軸土工格柵”是一種傳統(tǒng)的雙軸整體土工格柵，其具有小高寬比 (小于1.0)的肋，該土工格柵通過拉伸塑料片原料和雙軸拉伸制成，該原料是相同的塑料 材料，該土工格柵具有相同的單位面積的重量。除非上下文中還有其它明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的詞“包括”之 類用于表示包含的含義，而不是排他或窮舉的含義，也就是說含義是“包括但不限于”。


通過參考下面結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的目的及其很多預計優(yōu)點將變得更加清楚。圖1是帶有成六邊形圖案的孔的第一原料一部分的平面圖。圖2對應于圖1，但是用字母a，b，c代表孔間隔尺寸。圖3是圖1和2所示原料沿機器方向(MD)單軸拉伸后的平面圖。圖4是沿橫向(TD)拉伸圖3所示材料而形成的具有三角形孔的多軸土工格柵的 平面圖。圖5的曲線圖給出了根據(jù)交通模擬試驗獲得的結(jié)果，其中繪出了包含具有三角形 孔的多軸土工格柵的加強結(jié)構(gòu)的車轍抵抗性與具有可變高寬比的肋橫截面之間的關(guān)系。圖6是帶有成長方形圖案的孔的第二原料一部分的平面圖。圖7是圖6所示原料沿機器方向單軸拉伸后的平面圖。圖8是通過沿橫向拉伸圖7所示材料而形成的具有長方形孔的多軸土工格柵的平 面圖。
具體實施例方式本發(fā)明的進一步應用范圍從下面給出的詳細描述和實例中將變得清楚。但是，應當理解，盡管表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但這些詳細描述和具體實例僅作為示例，因為從 該詳細描述中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的各種變化和改進。此外， 在描述這些優(yōu)選實施例時，為了清楚起見將使用上面定義的特定術(shù)語。應當理解，每個特定 術(shù)語包括以類似方式工作以實現(xiàn)類似目的的所有技術(shù)上的等同物。在圖1-4所示第一優(yōu)選實施例中，用圖1所示的原料1制備圖4所示的三角形土 工格柵10。盡管也可以使用其它片材，但是該原料優(yōu)選是具有平坦平行表面的單平面擠出 塑料材料片?？?被沖出或形成為一系列形狀和尺寸基本相同的六邊形3，以便基本上每個 孔2都位于三個六邊形3中每個六邊形的角上。為了用沖孔片生產(chǎn)三角形土工格柵10，對 原料1加熱，并沿概念MD進行第一次拉伸，也就是沿與圖1所示六邊形3的MD側(cè)基本平行 的方向。隨后把得到的圖3所示的單軸定向格柵5沿TD拉伸，以便制出圖4所示的雙軸定 向三角形土工格柵10。所得到的多軸土工格柵10由帶有肋或股14的三角形孔12構(gòu)成，這 些肋或股14在每個接合點16以大約60度角相匯。如圖4所示，格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10包括大體均勻的一系列基本平直定向的橫向股或 肋18，這些橫向股或肋18被接合點16相互連接成直線，從而在間隔開的橫向延伸的行(大 體上用附圖標記20表示)中橫向跨過格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)延伸。多個基本平直定向的連接股 或肋22把相鄰行20中的接合點16相互連接，它們與橫向延伸的股或肋18 —起形成多個 基本為等邊三角形的孔或開口 12。根據(jù)本發(fā)明，選擇原料1的厚度以及沖孔2的間隔尺寸(即沖孔間距，在圖2中用 a、b、c表示)，以便三角形土工格柵10的肋或股14的高寬比大于1. 0，優(yōu)選在約1. 4至約 2. 2的范圍，但是也可以改變?yōu)楦哌_約2. 5或大于2. 5。更具體而言，如果孔間隔即沖孔間距保持恒定，那么肋或股的高寬比將隨原料片 厚度增加而增大。但是，在起始的沖孔間距與片厚之間有相互影響的效果，該效果決定了最 后得到的土工格柵的最終肋高寬比，因為間距和厚度都可以獨立變化。在圖6-8所示的第二優(yōu)選實施例中，用圖6所示的原料32制備圖8所示的長方形 土工格柵30。如美國專利4374798所述，圖6所示原料32優(yōu)選是具有平坦平行表面的單 平面擠出塑料材料片36。但是，也可以使用其它擠出原料?？谆虬枷?4被沖出或形成為 正方形或長方形陣列38，以便用沖孔或成形后的原料片32制成多軸土工格柵30。對原料 片32加熱，并沿概念MD即沿與圖6中長方形孔圖案的MD側(cè)基本平行的方向進行第一次拉 伸。隨后沿TD拉伸所獲得的圖7所示的單軸定向土工格柵40，以便制成雙軸定向的最終產(chǎn) 品30，如圖8所示。得到的多軸土工格柵30由帶有肋或股44的多個正方形或長方形孔42 構(gòu)成，這些肋或股44在每個接合點46以幾乎90度角相匯。如圖8所示，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)30包括大體均勻的一系列基本平直定向的橫向股 或肋48，這些橫向股或肋48被接合點46相互連接，從而在間隔開的橫向行(大體上用附圖 標記52表示)中橫向地跨過格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)延伸。多個基本平直定向的連接股或肋54把 相鄰行52中的接合點46相互連接，它們與橫向延伸的股或肋50 —起形成多個大致為長方 形的孔或開口 42。根據(jù)本發(fā)明，選擇原料片32的厚度以及孔或凹陷34的尺寸和間隔，以便使所得到 的長方形土工格柵30的肋或股的高寬比大于1. 0且小于約4. 0，并且在施加20kg-cm的扭 矩時，伴隨的孔穩(wěn)定性模量(ASM)大于0. 3Nm/度，更優(yōu)選大于0. 45Nm/度。
實例試驗方法用于測量實例的孔穩(wěn)定性模量(ASM)的一般方法概述在“GRI試驗方法GG9，雙向 土工格柵在經(jīng)受平面內(nèi)轉(zhuǎn)動時扭轉(zhuǎn)行為的標準試驗方法”(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。對于這里所述的ASM試驗，用正方形夾持框或封閉盒夾緊多軸土工格柵樣品的整 個周邊，該多軸土工格柵樣品的尺寸大約為350mmX 350mm，接合點或節(jié)點正好位于框中央。 對于股或肋以90度角或幾乎90度角相交的傳統(tǒng)雙軸土工格柵產(chǎn)品，用四個螺栓把由一套 匹配板構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)裝置固定在試驗樣品上。為了使該試驗方法適應六股土工格柵幾何形狀，例如，扭轉(zhuǎn)裝置被改進成使得在 施加扭矩時螺栓將直接支承在樣品的肋或股上。在此情況下，采用了這樣一種扭轉(zhuǎn)裝置， 在該裝置周圍有以60度間隔開的六個螺栓。為了進行該試驗，通過施加不斷增大量的扭 矩來使扭轉(zhuǎn)裝置相對于周邊的夾具轉(zhuǎn)動，以便確定平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)剛度，正如上述提到的試 驗方法所述，不同之處在于只進行一個加載循環(huán)。在‘112專利的教導中，孔穩(wěn)定性模量試 驗結(jié)果表示為施加4. 5Nm的扭矩時附接在樣品上的接點夾具轉(zhuǎn)動的度數(shù)。對于給定扭矩 值，轉(zhuǎn)動度數(shù)越小，則ASM或扭轉(zhuǎn)剛度值越大。該慣例適用于本說明書中的三角形土工格 柵。對于帶有長方形孔的土工格柵，報告ASM試驗結(jié)果的另一個測量單位是在施加扭矩值 為20kg-cm時的Nm/度(牛頓-米每度)。Nm/度值越高，樣品的扭轉(zhuǎn)剛度越大。對于本說 明書中的長方形孔土工格柵，采用在施加扭矩為20kg-cm時的Nm/度來報告ASM值。采用例如Webster (如上所述)描述的新的小規(guī)模試驗來模擬已確立的現(xiàn)場試驗， 以便評估多軸土工格柵對由于車輛交通造成的車轍的抵抗性能。該小規(guī)模試驗設(shè)計成能夠 再現(xiàn)對多軸土工格柵交通性能的已確立現(xiàn)場試驗的結(jié)果，并且包括由底層泥土地基、單層 土工格柵以及顆粒材料壓實顆粒底基構(gòu)成的試驗段。該試驗段承受單個加重輪的載荷。該 輪沿單個水平路徑橫越該試驗段，從該試驗段的一端到另一端不斷地逆轉(zhuǎn)方向。在這種試 驗中，不帶土工格柵的控制試驗段將迅速損壞。例如，輪在非加強試驗段上通過1000次后， 將形成深的車轍。通過使用適當設(shè)計的多軸土工格柵作為加強件，與未加強試驗段相比，對 于給定的輪通過次數(shù)，車轍深度將減小。該減小的車轍深度對土木工程結(jié)構(gòu)的壽命有影響， 并且能夠把該壽命延長為未加強結(jié)構(gòu)壽命的達50倍。因此，根據(jù)本發(fā)明加強的道路或其它 土木工程結(jié)構(gòu)將具有延長的使用壽命和減少的維護需求。實例圖1至5和表1 第一組大高寬比的樣品在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的第一組大高寬比肋樣品中，這些樣品是采用優(yōu)選完全一致的 原料按照圖1-4所述實施例制備的。沖孔間隔或間距(在圖2中用a，b，c表示)的尺寸是 可變化的。在這些樣品中，所獲得的多軸土工格柵由帶有肋或股的三角形孔構(gòu)成，肋或股在 每個接合點處以大約60度角相匯。表1根據(jù)本發(fā)明帶有三角形孔的第一組土工格柵樣品
樣品片厚，mm尺寸a, mm尺寸b，mm尺寸c，mm肋高寬比
權(quán)利要求
1.一種多軸格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包括基本均勻的一系列大體平直定向的橫向股或肋和多 個大體平直定向的連接股或肋，所述橫向股或肋通過接合點相互連接，從而以間隔開的行 橫向跨過所述格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)延伸，所述連接股或肋把相鄰行中的接合點相互連接，以在 相鄰的定向股或肋和接合點之間形成孔或開口，所述股或肋的高寬比大于1.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是整體土工格柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是三角形土工格柵，并 且所述高寬比為1. 0至約2. 5，優(yōu)選為約1. 4至約2. 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是長方形土工格柵，并 且所述高寬比為1.0至約4.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，在施加20kg-cm扭矩時，該格柵或網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的孔穩(wěn)定性模量大于約0. 3Nm/度，優(yōu)選大于約0. 45Nm/度。
6.一種加強顆粒材料的方法，包括在顆粒材料內(nèi)嵌入權(quán)利要求2的多軸土工格柵。
7.一種地質(zhì)工程結(jié)構(gòu)，包括大量顆粒材料，該顆粒材料通過在其中嵌入權(quán)利要求2所 述的多軸土工格柵來加強。
8.如權(quán)利要求1的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是在接合點處交叉的第 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.如權(quán)利要求8的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是具有大體為長方形孔 或開口的整體土工格柵。
10.如權(quán)利要求1的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有在接合點處相互交 叉的三個或更多系列的平行股或肋，以便這些股或肋在接合點處的交叉角度不等于90度。
11.如權(quán)利要求10的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，該格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有在接合點處以大 約60度的角度相互交叉的三個系列的平行股或肋，以便形成基本為等邊三角形的孔或開
12.如權(quán)利要求1的格柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中，肋在其中心處或靠近其中心處具有凹的橫截面。
13.一種保持顆粒材料的方法，包括在顆粒材料中嵌入權(quán)利要求1所述的格柵或網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，以便將顆粒材料至少部分地互鎖在所述孔或開口內(nèi)。
14.一種制造雙軸定向塑料材料整體土工格柵的方法，包括提供具有選定厚度和多個孔的塑料片原料，這些孔具有選定尺寸并布置成具有基本相 同形狀和尺寸的選定結(jié)構(gòu)陣列；在第一方向進行拉伸，以便在每個結(jié)構(gòu)的各邊上的相鄰孔之間拉伸股形成區(qū)域，從而 從這些區(qū)域形成定向股；在與所述第一方向基本成直角的第二方向進行拉伸，以便在選定結(jié)構(gòu)的邊上的相鄰孔 之間拉伸股形成區(qū)域，從而從這些區(qū)域形成定向股；及分別選擇片原料的厚度，孔的尺寸和孔的構(gòu)造，以便形成高寬比大于1. 0的定向股。
15.一種地質(zhì)工程結(jié)構(gòu)，包括大量顆粒材料，這些顆粒材料通過在其中嵌入根據(jù)權(quán)利要 求14的方法生產(chǎn)的雙軸定向塑料材料土工格柵來加強。
16.一種加強顆粒材料的方法，包括在顆粒材料中嵌入根據(jù)權(quán)利要求14的方法制成的雙軸定向塑料材料土工格柵，該顆粒材料至少部分地被互鎖于所述定向股之間的孔內(nèi)。
全文摘要
一種多軸土工格柵，具有沿其結(jié)構(gòu)平面內(nèi)至少兩個不同軸線設(shè)置的一系列相互連接的股或肋。這些股或肋的高寬比大于1.0，其中高寬比定義為厚度與寬度的比值，厚度是該結(jié)構(gòu)平面的法向。為了形成大高寬比的肋，可以采用任何公知的各種生產(chǎn)土工格柵的方法，通過改變過程參數(shù)來生產(chǎn)土工格柵。加強的土木工程結(jié)構(gòu)以及其生產(chǎn)方法，是通過在土壤中嵌入一個或多個具有大高寬比肋的水平土工格柵層來形成的。在經(jīng)受車輛交通時，該加強結(jié)構(gòu)顯示出改善的車轍性能。
文檔編號D04H3/04GK102066668SQ200980109664
公開日2011年5月18日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者A·T·沃爾什 申請人:坦薩國際公司, 坦薩技術(shù)有限公司