具有大高宽比肋的多轴格栅或网状结构 |
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| 申请号 | CN200980109664.9 | 申请日 | 2009-02-13 | 公开(公告)号 | CN102066668A | 公开(公告)日 | 2011-05-18 |
| 申请人 | 坦萨技术有限公司; 坦萨国际公司; | 发明人 | A·T·沃尔什; | ||||
| 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。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多轴格栅或网状结构，包括基本均匀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。 |
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| 说明书全文 | 具有大高宽比肋的多轴格栅或网状结构[0001] 相关申请 [0002] 本申请享有并要求2008年2月15日提出的共同未决的美国临时申请序列号US61/064102的优先权。 技术领域[0003] 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[0004] 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。 [0005] 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。 [0006] 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DOT/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，沥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。 [0007] 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。 [0008] 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。 [0009] 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。 [0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 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。 [0013] 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。 [0014] 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。 [0015] 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。 [0016] 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[0017] 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。 [0018] 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。 [0019] 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。 [0020] 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。 [0021] 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。 [0022] 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。 [0023] 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。 [0024] 因此，本发明的目的是提供一种多轴格栅或网状结构，其具有基本均匀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。 [0025] 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1.0至约2.5，优选为约1.4至约2.2，孔或开口的形状优选为等边三角形。 [0026] 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1.0至约4.0。 [0027] 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。 [0028] 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。 [0029] 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。 [0030] 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。 [0031] 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。 [0032] 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。 [0033] 本文所用术语的定义 [0034] 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。 [0035] 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”。 [0036] 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。 [0037] 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。 [0038] 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。 [0039] 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。 [0040] 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，假定肋尺寸相对均匀。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。如果肋尺寸不均匀，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。 [0041] 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。 [0042] 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。 [0043] 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。 [0044] “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。 [0045] “单轴”和“双轴”分别指单轴定向和双轴定向。 [0046] 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。 [0047] 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。 [0048] “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。 [0049] “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。 [0050] 术语“颗粒材料”包括岩石、石头、砂砾、沙子、泥土、粘土、用粘合剂例如沥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。 [0051] “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。 [0053] 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。 [0054] 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。 [0055] 图2对应于图1，但是用字母a，b，c代表孔间隔尺寸。 [0056] 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。 [0057] 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。 [0058] 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。 [0059] 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。 [0060] 图7是图6所示原料沿机器方向单轴拉伸后的平面图。 [0061] 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。 具体实施方式[0062] 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。 [0063] 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。 [0064] 如图4所示，格栅或网状结构10包括大体均匀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18一起形成多个基本为等边三角形的孔或开口12。 [0065] 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。 [0066] 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。 [0067] 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。 [0068] 如图8所示，该格栅或网状结构30包括大体均匀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50一起形成多个大致为长方形的孔或开口42。 [0069] 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。 [0070] 实例试验方法 [0071] 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350mm×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。 [0072] 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。 [0073] 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。 [0074] 实例 [0075] 图1至5和表1：第一组大高宽比的样品 [0076] 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。 [0077] 表1根据本发明带有三角形孔的第一组土工格栅样品 [0078]样品 片厚，mm 尺寸a，mm 尺寸b，mm 尺寸c，mm 肋高宽比 C1 4.7 9.5 10.5 4 0.63 C2 4.7 10.63 11.52 4.43 0.38 1 3.2 6.19 6.71 2.58 1.06＊ 2 3.4 6.19 6.71 2.58 0.97 3 3.4 5.41 5.86 2.26 1.02 4 3.4 4.64 5.03 1.94 1.19 5 3.4 3.86 4.19 1.61 1.88 6 3.6 6.19 6.71 2.58 1.19＊ 7 3.8 6.19 6.71 2.58 1.2 8 4 6.19 6.71 2.58 1.26 9 4 5.41 5.86 2.26 1.39 10 4 4.64 5.03 1.94 1.56 11 4 3.86 4.19 1.61 2.19 12 4.8 7.74 8.35 3.22 1.27＊ 13 4.8 6.19 6.71 2.58 1.4 14 4.8 5.41 5.86 2.26 1.81＊ ＊ 15 4.8 4.64 5.03 1.94 2.1 ＊ 16 4.8 3.86 4.19 1.61 2.55 17 5.8 7.74 8.35 3.22 1.53＊ 18 5.8 6.19 6.71 2.58 2.01 19 5.8 5.41 5.86 2.26 2.18＊ 20 5.8 4.64 5.03 1.94 2.54＊ 21 5.8 3.86 4.19 1.61 3.08＊ 22 6.8 6.19 6.71 2.58 2.2 [0079] ＊预测 [0080] 表1提供了土工格栅样品1到22，用于表示采用三角形孔的本发明(一些样品来自实际试验，其它样品是代表性的)，以及取自‘112专利中给出数据的对照实例C1和C2。与‘112专利相比，为了制造较大高宽比的肋形状，如图2中尺寸a，b，c所示孔的间隔或间距在本发明中已经减少了。如表1所示，通过改变孔间距和原料片厚，能够获得宽范围的大于一的肋高宽比值。例如，采用小的孔间距，即紧密的孔间隔，即使在原料片厚小于对照实例的原料片厚时，肋高宽比也显著大于对照实例的肋高宽比。 [0081] 在‘112专利中，主要目的是获得与基于Webster的发现以前确立的商品相比更大的孔稳定性模量值。从‘112专利的图13取得的对照实例C2的孔稳定性模量是在4.5Nm扭矩时转动6.7度。对于4.5Nm的特定扭矩值，转动度数越小，则ASM值越大。‘112专利表明，相对于可比的传统双轴土工格栅，在相同的试验条件下ASM提高了65％。(见‘112专利的图13及说明书中的相关描述)。在那时，据信土工格栅ASM的这种提高将有益于改进加强结构对车辆交通导致的车辙的抵抗性。 [0082] 但是，为了提高对车辙的抵抗性，本发明的目的是提高三角形土工格栅的肋高宽比，而不是最大化ASM。已经观察到，与‘112专利的试验样品相比，本发明样品的ASM实际上是减少的，即，本发明试验的三角形土工格栅样品的ASM值为在4.5Nm扭矩时转动16至21度。与根据‘112专利的加强结构相比，尽管ASM显著减小，但是加强结构的车辙抵抗性大大提高了。即使本发明样品的ASM值低于‘112专利的样品，然而ASM值是表示带有刚性接合点的刚性多轴土工格栅。足够刚性的土工格栅孔与大高宽比肋形状的结合在该加强结构中形成了极佳的性能，即车辙抵抗性。此外，这些第一组样品把上述刚性和大高宽比肋与在‘112专利中展示的改善载荷分布的优点结合起来，改善载荷分布的优点是源自以60度角附连到每个接合点的六肋以及三角形孔的几何布置。 [0083] 图5以曲线图的形式表示包含具有本文所述三角形孔的多轴土工格栅的加强结构对车辙的抵抗性与变化高宽比的肋横截面的关系。图5给出了在上述“试验方法”下进行的交通模拟试验的结果。这些结果表明：随着土工格栅肋的高宽比增大，对车辙的抵抗性大大提高。图5比较了具有如上所述三角形孔的一体接合点的土工格栅，其肋高宽比的范围为0.38至2.2。对应于对照实例C2的小高宽比样品是利用‘112专利的教导制成的，而高宽比大于一的样品是根据本发明制成的。 [0084] 如表1中实例所表明，在需要的时候通过采用更厚塑料片作为原料，或者通过进一步改进冲孔条件，例如孔尺寸、形状和间隔，或者通过采用本领域技术人员开发的其它技术，可以增加肋的高宽比。 [0085] 塑料片原料的种类、用于形成成品的孔或凹陷性质、可用的生产方法、以及最终土工格栅或网状结构的其它所需特征已经在现有技术中描述过了，包括‘112专利以及上文引用的其他专利，对本领域技术人员来说不需要进一步的解释了。 [0086] 图6-9和表2-第二组大高宽比样品 [0087] 在根据本发明构造的第二组大高宽比肋样品中，图6所示原料11是具有平坦平行表面的严格意义上的单平面挤出塑料材料片。孔或凹陷12被冲出，以形成一系列正方形或长方形。为了用冲孔片制成多轴土工格栅产品，如上所述，将原料11加热并双轴拉伸。在这些样品中，得到的多轴土工格栅由带有的肋或股的正方形或长方形孔构成，这些肋或股在每个接合点以大约90度角相汇。 [0088] 表2.带有长方形孔的本发明的第二组土工格栅样品 [0089] [0090] 上述表2提供了土工格栅样品23至28，用于说明采用长方形孔的本发明。对照实例C3是带有正方形孔的双轴土工格栅，商业销售名称为Tensar型SS-30，C4是用类似方法生产的带有长方形孔的商品，商业销售名称为Tensar BX1100。样品23至25是另外的对照实例，其AR小于1.0，也在此包括作为参考。样品26至28是根据本发明生产的，具有大高宽比肋横截面。为了提高样品26至28的肋高宽比，原料片厚度、冲孔尺寸以及孔间隔以类似表1中样品1至22所述的方式改变。如所示，样品26，27和28表示通过控制原料片厚度、冲孔间距以及孔尺寸获得大于一的肋高宽比的能力。 [0091] 表2表明，对于生产出的有限数量的样品而言，最佳性能，即最小车辙深度值39.2mm，出现在肋高宽比为1.22时。表明了对于肋高宽比大于1.0的样品而言对性能即对车辙抵抗性的预期改进。表2还表示出了“交通改善系数”，它定义为试验样品达到特定车辙深度所用时间与无格栅加强时达到相同车辙深度所用时间之比值。注意，肋高宽比为 1.22的样品26的交通改善系数(TIF)为23.5，即与未加强土壤相比，寿命是23.5倍。样品 26至28的车辙深度基本上显著低于对照实例C4以及实例23至25。肋高宽比小于1的四种样品即C4和样品23至25的平均车辙深度是51.9mm。肋高宽比大于1的样品26至28 的平均车辙深度是43.2mm。与肋高宽比小于1.0的样品相比，本发明(肋高宽比大于1.0)车辙深度平均减少17％。看交通改善系数，从高宽比小于1.0的样品到高宽比大于1.0的样品，平均TIF从3.08增加到14.6。因此可见，从交通改善系数的角度而言，本发明提高了土木工程结构的使用寿命。 [0092] 可以看到，虽然样品28拥有最大肋高宽比，但是，就车辙深度或TIF的测量而言，它并没有表现出最好的性能。已经进行了进一步的研究，并且还考虑了孔稳定性模量(ASM)。表2表明，样品28具有较小的ASM值，使得肋高宽比大的优点略微被较低的ASM值抵消了。 [0093] 构造了多元线性模型以便检查长方形土工格栅的肋高宽比和ASM的影响。对于表2中的实例，通过进行最小二乘回归产生下述模型： [0094] 10000次通过时的车辙深度＝62.4-1.83＊肋高宽比-31.4＊孔稳定性模量(Nm/度，在施加20kg-cm扭矩时)。 [0095] 因此，据观察，长方形土工格栅的车辙深度受到两种土工格栅特性即肋高宽比和ASM的联合影响。如本发明背景技术所述，这与长方形孔土工格栅性能和ASM的公知相关性是一致的。如从表2的实例和根据数值模型可知，可以改变高宽比和孔稳定性模量，以便获得最佳产品性能。对于长方形土工格栅，在施加20kg-cm扭矩时，优选的ASM大于0.3Nm/度，更优选大于0.45Nm/度。 [0096] 如上所述，利用第一和第二组样品中描述的方法制成的大高宽比肋土工格栅可以用宽范围厚度的原料片制成，厚度为约3.0mm到至少约9.0mm。 [0097] 聚合物格栅或网也已经用于各种商业和土工技术应用，比如围栏(美国专利5409196)、格室围护(美国专利5320455)、矿井阻隔(美国专利5934990)，以及其它商业封闭、屏蔽和屏障的应用。与这些应用领域的已知产品相比，本发明有一些优点。例如，在矿井阻隔领域，将密封物例如喷射混凝土喷射到网状结构上用以防止空气流。小高宽比格栅的问题在于：密封料倾向于反弹离开较宽的肋表面，因此也不能粘附，和/或需要更多的密封物。而采用本发明的较大高宽比产品，喷上的材料将更容易粘附，并且从而获得所需的阻挡效果需要较少量的喷射材料。 [0098] 替代实施例 [0099] 根据本发明的教导，通过对土工格栅的现有生产方法进行相对简单的改进，同样可以获得生产具有大高宽比肋的多轴土工格栅的其它方法，例如：通过缝编由例如聚酯丝制成的织物并涂覆柔性涂层例如PVC涂层，或者通过编织或针织，通过将定向塑料股点焊在一起，通过将未拉伸的平行丝挤出成为网状结构并且随后拉伸该结构，或者通过本领域技术人员公知的多轴土工格栅的其它生产方法。只需要采用本发明教导的提高肋尺寸高宽比的原理。这种多轴土工格栅可以具有由纵向和横向股或肋构成的长方形孔，或者这些股可以布置成在接合点处以不等于90度的角度相汇。刚性的接合点优选作为希望的条件，但不是唯一的条件，以便有利于使车辆交通的车辙效果最小化。 [0100] 对本发明已经做了描述，但是显然可以以很多方式对本发明进行变化。这些变化不应被看成是脱离本发明的精神和范围，并且本领域技术人员认识到的所有这些改进都将包含在下述权利要求书的范围之内。 |
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