CN111670285A - 土工格栅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体的网格结构形式的土工格栅，其包括分子定向的聚合物材料，该网格结构由互相连接的网格限定元件形成，所述网格限定元件包括细长张力元件，其中，网格结构的分子定向在其整个范围内是均匀的。本发明还描述了一种制造土工格栅的方法及其在稳定、加固或加强颗粒材料中的用途。

Description

土工格栅

技术领域

本发明涉及网格结构形式的土工格栅，其包括分子定向的聚合物以提供土工格栅的改善的特性，诸如改善的强度和/或刚度。

背景技术

土工格栅是高抗张强度的网格结构，用于稳定或增强土木工程构造中的颗粒材料(例如土壤或骨料)。更具体地，土工格栅嵌入在建筑物的颗粒材料中，使得该材料然后可以锁定到土工格栅的开放网格中。土工格栅可以通过许多不同的方式来制造，例如通过缝纫粘合例如由聚合物长丝制成的织物，并施加诸如PVC或沥青的柔性涂层，或者通过编织或针织，甚至将定向的塑料股接合在一起(例如通过机械固定、粘合剂或焊接工艺的应用)。

还已知土工格栅可以通过拉伸已经设置(例如通过打孔(punching))有孔阵列(例如在矩形或其他合适的网格图案上)的聚合物起始材料的塑料片(聚合物起始片)来产生。拉伸聚合物起始片产生呈网格结构形式的土工格栅，该网格结构由网格限定元件组成，该网格限定元件包括细长张力元件以及接合部，该张力元件至少部分地通过接合部互相连接。这种土工格栅通常被称为冲孔和拉伸土工格栅。在通过该方法产生土工格栅时，拉伸操作在拉伸方向上将聚合物抽出成细长张力元件的形式，结果是原始片状起始材料中的孔扩大了，从而产生了最后的网格结构(即土工格栅)。拉伸操作在细长张力元件中以及(在较小程度上)在接合处提供了聚合物的分子定向(在拉伸方向上)。定向度可以由拉伸比表示，拉伸比是土工格栅表面上两点之间的距离与片状起始材料上相应点之间的距离(即拉伸之前)之比。正是分子定向为土工格栅提供了所需的特性(因为分子定向的聚合物在拉伸方向上的强度和刚度要比未定向的聚合物高得多)。分子定向在常温条件下是不可逆的，土工格栅在其制造后即暴露于其中，如在储存运输和使用过程中。

通过拉伸有孔的聚合物起始片而产生的土工格栅可以是单轴或双轴定向的。在单轴定向(“单轴”)土工格栅的情况下，拉伸仅在单个方向上进行，而双轴定向(“双轴”)的土工格栅是通过在片状起始材料的平面上进行横向于彼此的两个拉伸操作而产生的，这些操作通常是相互垂直的，并且通常是顺序进行的(但也可以使用行业内已知的适当设备同时进行)。通过在一个方向(对于单轴产品)或两个方向(对于双轴产品)上拉伸有孔的聚合起始片来产生单轴和双轴网格结构的技术，例如在GB 2035191(相当于US 4374798和EP0374365)中公开。土工格栅的其他示例在WO 2004/003303和WO 2013/061049中示出。

在单轴和双轴土工格栅的制造中，有孔的聚合物起始片通常是细长的(并且以未定向的网的形式)，并且最初在长度方向上被拉伸。为了产生单轴土工格栅，这将是唯一的拉伸操作。在双轴土工格栅的情况下，网也会在横向方向上拉伸。该横向拉伸通常在纵向拉伸之后进行(尽管可以同时进行)，并且通常垂直于纵向拉伸。

传统的单轴土工格栅是通过在长度方向上拉伸细长的有孔的聚合物起始片而制成的，包括：

(a)在拉伸方向上延伸的多个大致平行的(并且横向间隔开的)肋结构，以及

(b)横行于(通常垂直)肋结构延伸的多个大致平行的(且在纵向上间隔开的)杆结构，肋结构和杆结构通过沿其各自长度的间隔位置处的接合部互相连接，由此肋结构沿其长度分为交替的接合部和肋段(形成网格结构的细长的分子定向的张力元件)，而杆结构沿其长度分为交替的杆段和接合部。

更详细地考虑到传统单轴土工格栅的产生，通常将聚合物起始片中的孔阵列配置为包括沿第一方向延伸的第一排孔和沿横向于(并且通常垂直于第一方向)第一方向的第二方向延伸的第二排孔。在单轴土工格栅的产生中，将聚合物起始片平行于第一方向拉伸。这导致由相邻的第一排孔之间的起始片的区域形成上述肋结构，并且由相邻的第二排孔之间的材料的区域形成杆结构。

传统的单轴土工格栅广泛用于应力主要集中在一个方向的应用中，例如在加固斜坡、路堤或模块化砌块、面板和其他挡土墙设计时。在这样的结构中，应力从被增强的颗粒材料沿着肋结构传递到杆中。当然，正是肋段(即张力元件)沿其长度方向的分子定向使得单轴土工格栅适用于应力主要在一个方向上的加固应用。

通常，单轴土工格栅是这样的，如在肋结构的长度方向上确定的，在肋段的中点处的拉伸比为约8：1。通常，传统单轴土工格栅中的杆段在平行于肋结构的长度的方向上测得的宽度为16mm至20mm，并且由基本上未定向的聚合物组成。更具体地，当考虑沿着肋结构的长度和杆结构的长度两者时，聚合物沿着杆段的长度和宽度基本上是未定向的，并且类似地在接合处也是如此。将理解的是，在横向杆结构中的未定向聚合物的重量可以代表单轴土工格栅的总重量的很大的百分比。因此，当人们认为在土工格栅中最有效的聚合物使用是在股中定向的聚合物时(因为这提供了增强的机械性能和减轻的重量)，应该理解的是，在杆结构(杆段和接合部)中存在相对大量的未定向聚合物会降低土工格栅的效率。

WO 2013/061049涉及通过拉伸有孔的聚合物起始片产生的单轴土工格栅的开发。在根据WO 2013/061049产生的单轴土工格栅中，肋段的定向跨接合部延伸(尽管程度较低)。公开了这样的实施例，其中，在肋段的中点处的拉伸比(沿拉伸方向测量)为约9：1，并且在接合部中点处的拉伸比(沿拉伸方向再次测量)是大约5：1至6：1。因此，肋结构沿其长度具有显著的定向度(该定向在肋段的长度的中点处最大，而在接合部的中点处最小)。根据WO 2013/061049产生的单轴土工格栅提供了对上一段中讨论的单轴土工格栅的改进，但尽管如此(如所示)，接合部中点的定向仍低于肋段中点的定向(在其长度方向上考虑时)。此外，上述所有的单轴土工格栅(包括根据WO 2013/061049产生的土工格栅)都具有(在接合处之间的)杆段，其比肋段要相对厚得多。形成杆段的原始聚合物起始片的区域保持未拉伸(或至少基本上如此)，因此有效地具有与原始起始片相同的厚度。因此，杆段掺入了未定向的聚合物，这是不利的，因为未定向的聚合物不会显著地改善土工格栅的强度，这是无效的，因为聚合物的比例不能提高所需的土工格栅性能。对于单轴土工格栅，此类所需的属性包括短期抗张强度以及可以提供产品长期“蠕变”性能(或在持续负载下的使用寿命)的短期抗张强度的百分比。蠕变性能可由蠕变减小因子(RFCR)表示，蠕变减小因子可以根据PDISO TR 20432/2007基于BS EN ISO 13431/1999进行的静态蠕变测试并根据ASTM D6992/03逐步等温方法蠕变测试来确定。建立蠕变性能是确定用于土壤加固的土工格栅的长期强度时特别有用的因素。

整体的网格结构形式的现有技术单轴土工格栅具有大约50％的蠕变减小因子。希望改善这种性能。

此外，在单轴土工格栅中，相对较厚的杆段阻碍了片的“堆叠”(即，使用具有相同(或不同)强度的单轴土工格栅的多层以提供增加的强度选项)。另外，厚的杆段阻碍了将单轴土工格栅包裹成卷。

增厚的接合部的存在也是双轴土工格栅的特征，其形式为通过拉伸有孔的聚合物起始片而制成的整体的网格结构。

因此，本发明的目的是消除或减轻上述缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种土工格栅，该土工格栅为整体的网格结构的形式，其包括优选地基本上由分子定向的聚合物材料组成，更优选地由分子定向的聚合物材料组成，该网格结构由互相连接的网格限定元件形成，其包括细长张力元件，其中网格结构的聚合物材料的分子定向在其整个范围内是均匀的。

可选地，网格结构是塑料的。当通过加热和/或机械过程(诸如拉伸和/或(共)挤出)向它们提供能量时，塑料材料是易弯曲的、能够成形、变形或模制的。优选用于形成本发明的土工格栅的聚合物材料至少在制造土工格栅的过程中表现出塑性性能。

本文所用的均匀和/或均匀地(例如，相对于均匀地分子定向和/或均匀的厚度)涵盖本文所定量定义的基本上均匀，优选为期望值或平均值的100％均匀(例如，通过MD拉伸比和/或以mm为单位的网格厚度测量的定向的期望值或平均值)。

根据本发明的第二方面，提供了一种产生土工格栅的方法，其包括以下步骤：

(a)在至少第一方向上拉伸细长片，该细长片包括聚合物起始材料，优选基本上由其组成，更优选由其组成，以形成片形式的土工格栅前体，其在整个范围内具有均匀地分子定向的聚合物材料，以及

(b)通过在土工格栅前体中形成孔以限定由包括细长张力元件的互相连接的网格限定元件形成的整体的网格结构，将土工格栅前体转变为土工格栅，由此土工格栅的聚合物材料的分子定向在其整个范围内是均匀的。

土工格栅内聚合物材料的分子定向(例如均匀的分子定向)可以通过本领域众所周知的许多技术来确定。本领域技术人员将理解，聚合物材料内的分子定向是材料的固有的内在特性，这是由当无定形聚合物沿定向方向拉伸时聚合物材料的增加的对准是否为聚合物链的对准引起的和/或由于当半结晶或结晶聚合物在定向方向上拉伸时聚合物链和/或聚合物结晶区域的对准。因此，在任何方向上测量然而限定的(例如通过拉伸比)的聚合物材料的定向度都不需要了解聚合物材料的制备方法，因为它是从材料衍生的材料的固有、可测量的特性。用于测量聚合物定向的合适技术可以包括但不限于以下任何一种：X射线衍射、傅立叶变换红外(FT-IR)光谱法进行的全反射衰减(ATR)、双折射、声波模块、偏振荧光、宽谱NMR、UV和红外二色性、偏振光谱；和/或收缩恢复。考虑到土工格栅比为其他用途制备的许多聚合物膜要厚，并且对于某些辐射通常是不透明的，因为土工格栅通常具有分散在其中的UV吸收剂，诸如炭黑，因此XRD和/或收缩恢复特别适用于确定土工格栅中聚合物的分子定向。用于确定本发明的土工格栅的聚合物定向的特别优选的实用测试的非限制性示例是本文所述的收缩恢复测试。这提供了一种快速、简单的检查，可以很容易地进行，以获得达到真实值的2％以内的聚合物的定向度，这在大多数情况下对于土工格栅就足够了。如果需要更高的精度，技术人员将理解并选择许多已知测试中的另一种。

确定样品中存在的分子定向度的收缩恢复测试可以如下有效地进行。将定向的聚合物的样品在足够高的温度下加热足够长的时间，以恢复到完全松弛的状态，其中聚合物链(和/或如果聚合物是晶体或半晶体，则是聚合物晶体域)是无定形的、不以任何方向定向。加热后，样品将因此在定向之前收缩(或恢复)至其状态，因此，恢复前后的样品比例提供了拉伸比。加热温度将取决于所测试的特定聚合物或聚合物混合物，但是通常将接近其熔点(例如在10℃以内，优选在5℃以内)。该测试中的加热持续时间优选直到没有观察到进一步的收缩为止。此测试的特定示例在图8中显示，并在示例5中进行了描述。

本发明与现有的整体聚合物土工格栅的不同之处在于，本发明的土工格栅在其整个范围内均是分子定向的。相反，现有的整体聚合物土工格栅是使得聚合物的分子定向在整个土工格栅中是变化的(例如，在接合部和张力元件之间是不同的，并且也沿着张力元件并在接合部之间是变化的)。与现有的土工格栅相比，本发明的整个范围内土工格栅的聚合物的均匀分子定向提供了聚合物使用效率的显著改善，并导致土工格栅具有改善的性能(特别是抗张强度和抗蠕变性)。本发明的土工格栅的均匀的分子定向可以通过以下方式获得：由土工格栅前体(其具有均匀的分子定向的聚合物)形成孔来形成土工格栅，例如通过打孔前体来限定土工格栅。土工格栅前体本身是通过在至少一个方向上拉伸聚合物起始片以赋予分子定向并形成土工格栅前体而获得的。

另一个优点在于，根据本发明的第一方面的土工格栅可以具有基本上均匀的厚度，这是由于以下事实：聚合物起始片本身可以具有基本上均匀的厚度，在其中形成孔的土工格栅前体(通过拉伸产生)也可以同样如此。在土工格栅的上下文中，“基本上均匀的厚度”是指除沿土工格栅的一个或多个边缘进行的任何增厚之外(通常是由产生土工格栅的过程而产生的，理想情况下是为了商业上可接受的产品而被修剪)，土工格栅在其剩余面积上具有均匀的厚度(或本文限定的基本上均匀的厚度)，除以下之外：

(a)由可选的表面轮廓造成的任何局部变化，和/或

(b)引入孔的过程导致孔周围的微小变形(例如以下讨论的“压力标记”)。

在土工格栅的一个或多个边缘处的任何边缘增厚将在土工格栅的纵向方向上延伸，并且(任何这种增厚区域的)宽度可能小于土工格栅的总宽度的5％。如上所述，可以从最后产品上去除增厚的边缘。

通过土工格栅前体的“基本上均匀的厚度”，我们的意思与土工格栅的情况相同，除了(b)不是土工格栅前体的特征之外。在片起始材料的上下文中，“基本上均匀的厚度”是指片具有均匀的厚度，除了由可选的表面轮廓引起的任何局部变化之外。

因此，土工格栅的网格限定元件可以具有基本上相同的厚度。因此，基本上没有，优选地没有土工格栅的包括未定向聚合物的增厚区域(或定向程度略小于张力元件的聚合物)，该增厚区域不会显著影响产品的强度。此外，就处理土工格栅的片而言，土工格栅的基本上平坦的性质是相当大的优势，特别是有利于土工格栅的“堆叠”(参见上文)。土工格栅的相对均匀的厚度还允许格栅的横向结合以提供宽度变化。此外，能够更轻松地将土工格栅包裹在结构中使用的连接器、饰面或其他辅助部件周围。最后，相对均匀的厚度有利于产生较小直径的土工格栅卷，这提高了运输效率。

这导致了本发明的第三方面，根据本发明的第三方面，提供了一种整体的、分子定向的塑料网格结构形式的土工格栅，其包括通过网格结构中的接合部互相连接的细长张力元件，其中接合部和细长张力元件具有相同的平均厚度。

根据本发明的第四方面，提供了一种产生土工格栅的方法，包括以下步骤：

(a)在至少第一方向上拉伸细长起始片，该起始片包括聚合物材料，优选地基本上由其组成，更优选地由其构成，以形成厚度均匀的片形式的土工格栅前体，以及

(b)通过在土工格栅前体中形成孔来将土工格栅前体转换成土工格栅，以限定包括由网格结构中的接合部互相连接的细长张力元件的整体的网格结构，由此接合部和细长张力元件具有均匀的厚度。

本发明的优选土工格栅根据本发明的第一和第三方面，即土工格栅具有在其整个范围内具有均匀的分子定向的聚合物，并且包括通过接合部连接的细长张力元件，所述接合部具有与张力元件相同的平均厚度。

可替代地，并作为第五方面，本发明提供了一种土工格栅，其为整体的网格结构的形式，其包括聚合物材料，优选地基本上由其组成，更优选地由其组成，该网格结构包括通过接合部互相连接的细长张力元件，其中基本上没有增厚，优选地由于产生土工格栅的拉伸过程而没有导致接合部增厚。

根据本发明的土工格栅可以是单轴土工格栅，并且可以具有蠕变减小因子(RF_CR)，该蠕变减小因子是根据PD ISO/TR 20432：2007，在根据BE EN ISO 13431：1999的静态蠕变测试和根据ASTM D6992-03的分步等温方法蠕变测试的基础上确定的，为至少55％，更优选至少60％，甚至更优选至少65％，最优选至少70％。

这导致了本发明的第六方面，根据本发明的第六方面，提供一种土工格栅，其为整体的网格结构的形式，其包括单轴定向的分子定向的聚合物材料，优选基本上由其组成，更优选由其组成，其中土工格栅具有蠕变减小因子(RF_CR)，该蠕变减小因子是根据PD ISO/TR20432：2007，在根据BE EN ISO 13431：1999的静态蠕变测试和根据ASTM D6992-03的分步等温方法蠕变测试的基础上确定的，为至少55％，更优选至少60％，甚至更优选至少65％，最优选至少70％。

优选地，制造土工格栅的土工格栅前体是细长的，并且已经通过在片的长度方向上拉伸细长聚合物起始片(从而第一方向沿着片的长度并且相应地沿土工格栅前体的长度)来产生。在这样的起始片的长度方向上的拉伸可以是唯一进行的拉伸操作，或者可以是在不同方向上的多个拉伸操作之一。因此，本发明适用于单轴和双轴定向的土工格栅。

聚合物材料有用地表示一种材料，该材料包括一种或多种聚合物，优选地基本上由其组成，更优选地由其组成，所述聚合物具有足够高的分子量以向在本文所述的应用中的土工格栅提供所需的特性(例如强度和/或刚度)，但是还优选地具有足够的塑性以能够通过施加热、压力和/或机械加工来处理，以如本文所述进行定向。各种聚合物材料可以用于聚合物起始片(因此土工格栅前体元件)，并且本文描述了合适的聚合物的非限制性示例，该聚合物可以是塑料，优选是热塑性的。

适用于制备本发明的网格的聚合物的非限制性示例是聚烯烃[例如聚丙烯和/或聚乙烯]、聚氨酯、聚乙烯卤化物[例如聚氯乙烯(PVC)]、聚酯[例如聚对苯二甲酸乙二酯–PET]、聚酰胺[例如尼龙]和/或非烃类聚合物。甚至更优选的聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其中HDPE是最优选的聚合物。

方便地，聚烯烃片起始材料可以包括一种或多种聚烯烃[例如聚丙烯均聚物、聚乙烯均聚物(例如高密度聚乙烯-HDPE)和/或聚丙烯/聚乙烯共聚物；可选地在一层或多层中]。片中的组成聚合物和/或层可以被定向、吹塑、收缩、拉伸、铸造、挤出、共挤出和/或包括任何合适的混合和/或组合。如果需要，可以通过任何合适的方式，诸如电子束(EB)或UV交联使片交联，如果需要，可以在片中使用合适的添加剂。

用于产生聚合物起始片的聚合物，诸如树脂，通常以粒料形式商购获得，并且可以使用包括转鼓、混合器和/或共混器的商购设备通过本领域已知的方法融化共混或机械混合。聚合物可以具有其他附加的聚合物或树脂与众所周知的添加剂共混，诸如加工助剂和/或着色剂。聚烯烃片的产生方法是众所周知的，包括通过狭缝模头挤出片的技术。

例如，为了产生聚合物片，将聚合物和添加剂引入挤出机中，在其中通过加热使聚合物融化增塑，然后将其转移至挤出模头中以形成片。挤出和模头温度通常取决于所加工的特定聚合物，并且合适的温度范围通常是本领域已知的或在聚合物制造商提供的技术公告中提供。处理温度可能会根据所选的处理参数而有所不同。

取决于其组成聚合物，可以通过在合适的温度下拉伸来使聚合物起始片定向。所得的定向的片可表现出大大改善的张力和刚度性能。如果片仅在一个方向上拉伸，则定向可以沿着一个轴线，或者如果片在片平面中沿两个相互垂直的方向中都拉伸，则定向可以是双轴的。双轴定向片可以是平衡的或不平衡的，其中不平衡的片在优选方向(通常为横向)上具有较高的定向度。传统地，纵向方向(LD)是片穿过机器的方向(也称为机器方向或MD)，而横向方向(TD)垂直于MD。优选的双轴片在MD和TD上均定向。

原始的聚合物起始片的厚度可以例如为2至12mm，更优选为4至10mm，甚至更优选为4至9mm。聚合物起始片的特别合适的厚度为约6mm。

片的定向可以通过任何合适的技术来实现。例如，可以借助于拉幅机，或者通过牵拉辊和拉幅机的组合，通过在两个相互垂直的方向中的每个方向上的同时或顺序拉伸来对平片进行定向。片的拉伸度在某种程度上取决于片的最后用途，但是当以本文所述的比例拉伸片时，通常会产生令人满意的张力性能和其他性能。在拉伸聚合物起始片以形成土工格栅前体(随后将其开孔以形成土工格栅)时，拉伸比可以例如在一个实施例中为至少4：1，在另一实施例中为至少5：1，并且在另一个实施例中，至少为7：1。通常，拉伸比将不超过12：1。然而，拉伸比将取决于许多因素，例如所使用的聚合物的类型、聚合物起始片的初始厚度以及是否要产生单轴定向或双轴定向的土工格栅。纯粹作为非限制性示例，对于聚合物起始片包含HDPE的情况，最大拉伸比通常为约10：1。相反，当聚合物是PET时，拉伸比通常最大为约4：1。

拉伸之后，可以在合适的温度下将聚合物起始片热定形，同时防止收缩或甚至保持恒定尺寸。通过简单的实验即可轻松确定最佳的热定型温度。方便地，片可以在约100℃至约160℃的温度范围内热定形。可以通过常规技术来影响热定形，例如通过以下一种或多种方法：拉幅机系统；一个或多个加热辊和/或受约束的热处理。

本文所指的拉伸比是在释放拉伸力后(以及进行任何退火之后)冷测量的，该拉伸比是在土工格栅的表面上测量的。如本文更详细地描述，将理解的是，拉伸比是本发明的定向聚合物起始片和/或定向聚合物网的固有性质，并且可以单独由片或网确定，而无需参考定向过程的条件。

根据本发明的土工格栅可以是单轴或双轴定向的。

在本发明的优选实施例中，细长张力元件是“带状”的，其中它们具有的宽度(在土工格栅的主面上测量)大于其深度(由土工格栅的厚度表示)，其中宽度和深度都明显小于长度。优选地，张力元件的横截面沿其长度是均匀的。特别优选的是，细长张力元件沿其长度具有均匀的矩形横截面。

在本发明的实施例中，细长张力元件不是“细丝”，其中它们不是细线或纤丝，其中它们的宽度(在土工格栅的主面上测量)与它们的深度(由土工格栅的厚度表示)基本上相同。在实施例中，细长张力元件沿其长度具有不均匀的椭圆或圆形横截面。

本发明特别适用于单轴土工格栅及其产生，其中在土工格栅前体的产生过程中，在第一方向上的拉伸是唯一施加的拉伸。根据本发明产生的单轴土工格栅优选包括(a)多个大致平行的肋结构，其提供细长张力元件并在第一方向(即聚合物起始片被拉伸以产生土工格栅前体元件的方向)上延伸，(b)多个连接器元件(与肋结构一体)，每个连接器元件用于将相邻的肋结构连接在一起，连接任何两个相邻的肋结构的连接器元件在肋结构的方向上彼此纵向隔开。

根据本发明的第一方面，这种土工格栅可以在其整个范围内均匀地分子定向。此外，连接器可以布置成多组，其中任何一组的连接器彼此对准(在横向于肋结构的方向上)，并且各组在肋结构的纵向方向上彼此间隔开。

根据本发明的第三方面的优选土工格栅包括：

(a)在第一方向(即聚合物起始片被拉伸以产生土工格栅前体元件的方向)上延伸的多个大致平行的肋结构，以及

(b)横向于(优选垂直于)肋结构延伸的多个间隔开的、大致平行的杆结构，所述肋结构和所述杆结构通过沿其各自长度的间隔位置处的接合部互相连接，由此肋结构沿其长度细分为交替的接合部和肋段，而杆结构沿其长度细分为交替的杆段和接合部。

在具有本发明的第一方面和第三方面的特征的单轴土工格栅的这种构造中，具有的优点是，(当沿第一方向考虑时)聚合物的定向不沿着肋结构的长度而变化，在先前的单轴土工格栅的情况下(在拉伸方向上考虑)定向在肋段的中心处最大，并且在相邻的该中心之间下降，而最小值在接合部的中心处。另一个优点是土工格栅的厚度基本上是均匀的，因为土工格栅的所有区域都被拉伸到相同的程度。因此，不存在包括未定向的聚合物的较厚的杆段，其不会显著提高土工格栅的强度。此外，就处理土工格栅的片而言，土工格栅的基本上平坦的性质是相当大的优点，特别是有利于其垂直和侧向土工格栅的组合以增加性能和尺寸灵活性。

肋结构可以是“带状”的，即它们大致是平坦的，其长度明显大于其宽度和深度。在这种单轴土工格栅的优选构造中，肋结构具有不确定的长度，并且具有2至50mm(优选地2至20mm)的宽度。单轴土工格栅中的孔可以具有例如40至400mm的长度(优选为50至200mm)，5至100mm的宽度(优选为5至50mm)。连接器元件可以具有2至20mm的宽度(沿肋结构的纵向方向测量)。

有用的是，在本发明的任何土工格栅中，细长张力元件的宽度可以为2至50mm，并且在一个实施例中更优选为5至40mm，最优选为10至20mm，或者在另一实施例中可选地为2至20mm。

优选地，在本发明的任何土工格栅中的连接器元件的宽度可以为2至20mm，更优选地为6至18mm，最优选地为10至15mm。

方便地，在本发明的任何土工格栅中，细长张力元件和/或连接器元件的深度(厚度)可以是为0.1至3mm，更优选地为0.2至2.5mm，甚至更优选地为0.2至2mm，最优选为0.4至2mm。

有用的是，在本发明的任何土工格栅中，孔元件的长度可以为40至300mm，更优选地为40至250mm，最优选地为50至200mm。

有利地，本发明的任何土工格栅中的孔元件的宽度可以为5至80mm，并且在一个实施例中更优选为10至80mm，甚至更优选为20至75mm，最优选为25至70mm，或者在另一个实施例中可选地为5至50mm。

在一些优选的实施例中，孔的长度大于孔的宽度。

通常，根据本发明的单轴土工格栅具有0.1至3mm的平均厚度，更优选为0.2至2.5mm，甚至更优选为0.2至2.2mm，最优选为0.4至2mm。

单轴土工格栅的拉伸比(在第一方向上)以及相应地肋结构和连接器元件两者的拉伸比(在第一方向上)可以为例如至少4：1，优选地至少5：1，更优选至少7：1。通常，拉伸比不超过12：1，更优选不超过10：1。因此，土工格栅的拉伸比(在第一方向上)可以为4：1至12：1，优选为5：1至10：1，并且更优选为7：1至10：1。然而，应当理解，这些比率是非限制性的并且仅作为示例，因为对于任何特定土工格栅而言可达到的拉伸比取决于所使用的特定聚合物。

单轴土工格栅可以具有例如至少30kN/m的抗张强度。如本文所述，土工格栅的抗张强度是根据BS EN ISO 10319：2015确定的，该测试将土工合成材料的抗张强度定义为在拉伸样品至破裂的测试过程中观察到的每单位宽度的最大力，单位为kN/m。为了方便和简单起见，土工格栅的抗张强度也可以以kN为单位引用，在这种情况下，将假定抗张强度的值对应于ISO 10319：2015中测试的1m宽土工格栅的抗张强度值。

通常，单轴土工格栅的抗张强度将至少为30kN/m。抗张强度的变化可以通过多种方式来实现，例如通过改变土工格栅的厚度、制造土工格栅的聚合物、或肋张力元件的横向间距和/或宽度、或前体的拉伸比。

有用的是，本发明的土工格栅的可选优点是高强度效率，即对于给定量的材料(例如按重量测量)的强度，其中土工格栅通常比同样重量的未定向的聚合物片(或网)更坚固。因此，与由相同聚合物制成的土工格栅具有相同外部尺寸的连续聚合物网(该网可能包括更多的材料)可能具有比土工格栅更高的抗张强度。然而，如本文所述，连续片将是不切实际的，太昂贵且无效的，例如土工格栅孔具有与使用中的土壤颗粒互锁的实际功能。

尽管单轴土工格栅代表特定的优选实施例，但是本发明不限于这种(单轴)土工格栅。聚合物起始片的拉伸操作可以在两个横向方向上进行。这些方向可以彼此垂直。由双轴拉伸的聚合物起始片(即土工格栅前体)形成的土工格栅可以形成为包括多组分子定向的聚合物的细长张力元件，每组元件的拉伸方向彼此不同，并且在具有与张力元件相同厚度的接合部互相连接。所得的双轴定向的土工格栅可以例如包括第一组和第二组分子定向聚合物的张力元件，第一组和第二组元件彼此垂直地延伸。因此，可以通过在土工格栅前体中形成正方形或矩形孔以提供在两个垂直方向上延伸的肋结构(张力元件)来产生这种结构。但是，孔不是必须是正方形的，也可以是其他构型，例如三角形或六边形。孔可以例如在土工格栅前体中形成以限定土工格栅，该土工格栅具有基于WO2004/00303中公开的结构并且包括：

(i)向第一方向以锐角延伸的第一组基本上笔直定向的股；

(ii)向第一方向以锐角延伸的第二组基本上笔直定向的股，并且在与第一方向成直角的第二方向上考虑时，两组的交替的(成角度的)股与第一方向成基本上相等和相对的角度；

(iii)进一步在所述第二方向上延伸的基本上笔直定向的股；以及

(iv)每个互相连接四个成角度定向的股和两个另外的定向的股的接合部。

然而，本发明适用于WO 2004/00303中公开的所有土工格栅结构，因此其主题在此通过引用并入。

在用于形成土工格栅前体元件的双轴拉伸操作中，在两个横向(例如，垂直)方向上的拉伸可以相等或不同。在任一方向上的拉伸比可以不小于1.5：1，并且优选为3：1至6：1。

根据本发明产生的双轴定向土工格栅可以在片起始材料被拉伸的一个方向上具有10kN/m的最小抗张强度，而在另一个方向上具有相同或更高的最小抗张强度。

在本发明的优选实施例中，土工格栅的孔与薄的、一体的珠相关联，该珠至少部分地围绕土工格栅的面上的孔延伸并且从该面垂直(或至少大体上垂直)突出。该珠可用于防止细长张力元件之间的土工格栅的区域(例如，穿过连接部或连接器)破裂(例如，撕裂)。对于具有平行于分子定向方向延伸的细长孔的单轴土工格栅，珠特别有用。在这种情况下，珠可以围绕孔的相对端设置，但沿它们的细长侧面没有任何实质性的延伸。珠可以在孔的端部具有最大高度，并且在一定程度上它们(珠)延伸到细长侧面可以在沿着侧面延伸任何距离之前降低到零高度。通常，珠具有0.15至0.30mm的高度，0(即无珠)至2.0mm的宽度，优选为0.01至2.0mm。

通常，珠也仅设置在土工格栅的一个面上。

珠可以形成为所谓的“压力标记”，如稍后更充分描述的。应当理解，与在其上形成标记的元件相比，压力标记的尺寸(特别是深度)将很小，即标记尺寸形成的百分比较低，优选小于或等于形成标记的土工格栅元件的相应尺寸的10％，优选为≤8％，更优选≤5％。可以比较的相应尺寸可以包括在土工格栅的平面中观察到的标记宽度与元件宽度、标记长度与元件长度、标记深度与元件厚度和/或标记表面积与元件面积。例如，压力标记的百分比平面表面积相对于肋/接合部平面表面积很小，因此与构成土工格栅的其他元件的厚度相比，压力标记的更大厚度对平均厚度没有显著影响土工格栅。这可以例如在图3A中看到。

在本发明的产生土工格栅的方法中，使聚合物起始片在至少一个方向上进行拉伸操作，以产生土工格栅的前体。通常，聚合物起始片将是未定向的聚合物。片的拉伸导致分子定向的聚合物的土工格栅前体。聚合物定向在土工格栅制造后暴露于其的常温条件下是不可逆的，例如在储存、运输和使用过程中。通常，聚合物起始片具有4至9mm的范围内的厚度(尽管不排除该范围之外的值)。赋予的拉伸度可以由制备聚合物起始片的聚合物的类型确定。优选地，聚合物是这样的类型(例如HDPE)，使得可以在任何方向上采用至少4：1的拉伸比，更优选地至少5：1，甚至更优选地至少7：1，并且例如在从10：1到12：1的范围内。如果要产生单轴土工格栅，则拉伸将仅在一个方向上进行，通常是在聚合起始片的长度方向上进行。或者，对于双轴土工格栅，可将聚合物起始片在两个横向方向上拉伸。

用于制备聚合物起始片的聚合物材料应确保材料中没有(或没有明显)开孔，这些孔在拉伸操作期间会“张开”，因为理想的是，最后土工格栅中的唯一开孔是那些在随后的孔形成步骤中产生的，下面将对其进行更详细的参考。

可以以传统方式拉伸聚合物起始片以产生土工格栅前体。因此，根据本发明的优选实施例，聚合物起始片为网的形式，该网(如果需要加热以软化材料之后)通过第一组上游辊和第二组下游辊的辊隙。下游辊以比上游辊更快的圆周速度旋转。圆周速度的差异限定了赋予土工格栅前体元件的拉伸比。可以在将聚合物起始片在辊之间拉伸时施加宽度限制，但这不是必不可少的(宽度限制的缺乏可能会导致土工格栅前体元件的边缘区域有些增厚，但可以修剪这些区域)。如果要制造的土工格栅是单轴土工格栅，则该拉伸操作可以是在土工格栅前体的产生中采用的唯一拉伸操作。但是，如果要产生的土工格栅是双轴土工格栅，那么可能会在横向方向上进行后续拉伸，这在双轴土工格栅的产生中是众所周知的。或者，可以在纵向拉伸之前进行横向拉伸或与其同时进行横向拉伸。因此可以在拉幅机上进行拉伸操作。

如果需要，可以对土工格栅前体或通过在土工格栅前体中形成孔而产生的土工格栅进行处理，以使土工格栅或前体的主表面中的一个或两个具有表面轮廓形成，例如脊、凹槽、突起和/或凹痕。尽管理论上可以在任何时候进行轮廓处理，但强烈建议在将土工格栅或土工格栅前体拉伸以使聚合物定向后进行。就增强土工格栅在颗粒材料中的摩擦保持力而言，这种表面形成可能是有益的，在使用中，该颗粒材料被嵌入(例如，增加了土工格栅与土壤相互作用时的摩擦系数)。

为了产生本发明的土工格栅，对土工格栅前体(如上所述产生)进行孔形成步骤以产生最后的土工格栅结构。为了产生单轴土工格栅，孔应该是细长的并且理想地平行于土工格栅中的分子定向延伸，即平行于片前体被拉伸的(单个)方向。孔可以具有例如40至400mm的长度(优选为50至200mm)，5至100mm的宽度(优选为5至50mm，更优选为2至10mm)，应该理解为通常宽度值将小于长度值。孔的深度由土工格栅前体的厚度控制，该厚度可以为0.1至3mm。孔的相对的纵向边缘可以例如间隔0.1至10mm，优选地0.1至3mm。

土工格栅前体中的孔的形成(以形成最后的土工格栅网格结构)可以通过任何方便的技术来实现。可以采用的此类技术的非限制性示例如下：

带有公模/母模的传统往复式压孔机

带有旋转凸模/凹模辊的旋转压孔机

模辊相对于普通辊的旋转“吻”式切割

超声切割孔或孔两端周围的区域

激光切割孔或孔两端周围的区域

沿机器方向张力元件之间的横杆局部区域的红外加热

水射流切割

优选地，孔是通过打孔形成的，特别是因为这使得上述的整体的珠(作为“压力标记”)易于形成，所述整体的珠至少部分地围绕孔延伸并且至少大体上垂直于土工格栅的表面突出，并且用于抑制破裂(例如，通过撕裂)。在制造具有细长孔的单轴定向的土工格栅的情况下，将珠形成为“压力标记”是特别方便的，该细长孔具有横向于(优选垂直于)聚合物分子定向的方向延伸的(窄的)端部边缘。在这种情况下，形成的“压力标记”围绕孔的端部边缘延伸(由于聚合物的定向，土工格栅最容易撕裂)，沿着孔的长边仅短距离地降低至零高度。

压力标记的形成是在片的打孔中众所周知的现象，尽管压力标记通常与抑制聚合物网格结构的抗撕裂性无关。考虑要打孔的片具有第一和第二侧面，并且打孔工具从第一侧面进入并穿过片。压力标记是片的材料(形成栅格的)在冲孔边缘处的局部变形，以形成从材料的第二面至少部分地围绕其边缘凸出的珠(即压力标记)。在定向的聚合物材料的打孔中，压力标记在孔的边缘垂直于聚合物定向的位置最明显(即最大高度)，而在孔的边缘在平行于聚合物定向的位置不明显(并且可能不存在)。

根据传统的打孔技术，在片的第一面有脱模板，在第二面有模板，每个模板都带有对准的孔，这样每个打孔工具都可以穿过模板中的相应孔，穿过片，然后进入模板中对准的孔中。

在一个运动周期中，打孔工具穿过脱模板，在片上打孔，进入模板中的孔(打出的材料在片的第二面被去除)，穿过片返回然后进入脱模板，其在进入下一个运动周期之前清除掉粘附在工具上的所有材料。在脱离板和片的第一面之间有较小间隙(例如2到5mm)的地方，更容易形成压力标记。当冲头(punch)进入片时，上述间隙允许材料垂直移动，从而形成压力标记。然而，当冲头被抽出时，脱模板仍然实现其将片紧靠模板固定的主要目的。

本发明的用于形成土工格栅的方法可以作为连续过程进行，由此在上游“拉伸工位”将聚合物起始片拉伸(例如以所述的方式)以形成土工格栅前体，然后连续地传递至下游的“打孔工位”，在该位置土工格栅前体中形成孔以形成土工格栅。这样的过程可以包括上游的“片形成”工位，用于产生聚合物起始片(例如由聚合物材料的颗粒)，然后将聚合物起始片连续地传递到“拉伸工位”。但是，我们不排除以连续方式以外的方式制造土工格栅的可能性。因此，例如，土工格栅前体元件可以在一个制造地点产生，并在另一地点开孔(以形成土工格栅)。

为了土工工程构造(例如斜坡、路堤、模块化砌块或面板保持墙或任何其他合适的岩土结构)的目的，例如本发明的土工格栅可以用于稳定或加固颗粒材料。然而，特别是关于单轴土工格栅，传统的单轴土工格栅具有厚的、未定向的横向杆，该横向杆可以接合用于将传统的单轴土工格栅附接到诸如混凝土砌块的建筑项目的连接器。在根据本发明的单轴土工格栅的情况下，不存在未定向的聚合物的较厚的横向杆，并且可以通过“绞盘包裹”连接来进行必要的连接，其中土工格栅被包裹在连接器周围，或者仅通过块或该结构的其他面元件之间的摩擦力进行包裹，或者在搭接的情况下通过来自颗粒材料的附加压力。

前段所用的“颗粒材料”一词包括土壤、骨料、岩石、石头、砾石、沙子、泥土、粘土、由粘合剂(诸如沥青或水泥)保持的骨料、混凝土或在土木工程或建筑中使用的任何其他颗粒或内聚材料。有时将其称为“填充材料”。

本发明的另一方面广泛地提供了一种土工工程构造，其包括(优选地通过本文所描述的本发明的土工格栅加强和/或稳定的(例如通过其机械地稳定，更优选地加强的)的非限制性列表选自以下组成的组：路堤基础、铁路轨道压载和/或子压载；路基基础、桥梁桥台、挡土墙、陡坡(≥20度)、滑坡修复、钢网面、环绕面、梯田墙、墙体和斜坡、植被面、非植被面、模块化砌块、面板挡土墙、船舶单位和/或石笼面。

本发明的又一个方面广泛地提供了如本文所述的本发明的土工格栅与颗粒材料一起用于形成至少一种选自以下组成的组的土工工程构造(可选地如本文所述)的用途：

强化；稳定(可选地机械稳定)，减小层厚度；增加寿命；增加承载能力；控制差异沉降；封盖薄弱的沉积物和/或跨越空隙：

颗粒材料和/或土工工程构造的和/或下方的。

除非另有限定，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有并且应当赋予与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。

应当理解，本文所指的整体的网格结构实际上是一体的，换言之，它由单个材料单元组成。在网格结构被描述为由互相连接的网格限定元件形成的情况下，术语“互相连接”意在传达所述元件尽管与结构的其他元件可区分，但是都作为同一整体单元的一部分而物理连接。术语“互相连接”不应解释为是指元件是已连接在一起(例如通过机械固定、粘合剂或焊接)的独立单元。

为了避免疑问，本文中提到的整体的网格结构不是由彼此固定(例如通过机械固定、粘合剂或焊接工艺施加)的多个可分离的元件组成。这里所指的整体的网格结构也不是由已经在各个点固定在其自身上(例如通过施加机械固定、粘合剂或焊接工艺)的单个元件构成。

除非上下文另外明确指出，否则本文所用术语的多数形式应解释为包括单数形式，反之亦然。

如本文所使用的术语“包括”，“包含”或“由...组成”将被理解为是指以下的列表不是穷举的，并且可以包括或可以不包括任何其他附加的合适项，例如一个或多个其他特征、组分、成分和/或取代基，因此包括指定的组分，但不排除其他组分的存在。术语“基本上由……组成”是指包括指定的组分，但不包括其他组分，除了以杂质形式存在的材料，由于用于制造所述组分的工艺而存在的不可避免的材料以及为其他目的而添加的组分而不是达到本发明的技术效果。通常，基本上由一组组分组成的组合物可以包含小于10％重量百分比，更通常小于5％重量百分比，甚至更通常小于1％重量百分比的未指定组分，基于总重量为100％。

术语“由...组成”是指包括指定的组分，但不包括其他组分。

只要适当，术语“包括”，“包含”或“由...组成”也可以被理解为包括附加含义“基本上由...组成”，“由...组成”。

在本文中对本发明的讨论中，除非有相反的说明，否则将公开关于参数的允许范围的上限和下限的替代值以及指示所述值之一比另一个值更优选的指示。应理解为暗示性陈述，位于所述替代方案的更优选和较不优选之间的所述参数的每个中间值本身相对于所述较不优选的值以及相对于每个较不优选的值和所述中间值本身更优选。

对于本文给定的任何参数的所有上边界和/或下边界，边界值包括在每个参数的值中。还应理解，在本发明的各种实施方式中，本文所述的参数的优选的和/或中间的最小和最大边界值的所有组合也可以用于为各种其他实施方式和/或偏好的每个参数限定替代范围，不管本文已经具体公开的这些值怎样组合。

将理解的是，本文中表示为百分比的任何数量的总和不能超过100％(允许四舍五入误差)。例如，当以组合物(或其相同部分)的重量(或其他)百分比表示时，本发明的组合物(或其部分)所包含的所有组分的总和可总计为100％，允许四舍五入误差。然而，在组分列表不是穷举的情况下，每个这样的组分的百分比之和可以小于100％，以允许一定百分比用于本文未明确描述的任何其他组分的另外数量。

如本文所用，“基本上”是指数量或实体暗示其大量或比例。在“基本上”被使用的上下文中与之相关时，可以理解为在数量上(相对于说明书中所指的任何数量或实体而言)至少占95％，特别是至少96％，更特别是至少97％，甚至更特别是至少98％，最特别是至少99％，例如约100％的相关整体。类似地，术语“基本上不含”可以类似地表示其所指的数量或实体占不超过10％，优选地不超过8％，更优选地不超过5％，尤其是不超过4％，更特别地，不超过3％，甚至更特别地，不超过2％，最特别地，不超过1％，例如大约为相关整体的0％。

应当理解，为了清楚起见可以在一个或多个单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在本文可能描述或未描述的其他实施例中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述为组合的本发明的各种特征，也可以在本文可能描述或未描述的其他实施例中单独提供或以任何合适的子组合提供。在本发明的一个或多个方面和/或一个或多个实施例的一个或多个上下文中描述的一个或多个特征也适用于本发明的另一个或多个方面和/或实施例，无论这些特征是否表述为优选和/或类似术语。

尽管已经参考特定示例在说明书中公开了实施例，但是将认识到，本发明不限于那些实施例和/或示例。因此，在此描述的本发明的最广泛范围与在此描述的每个实施例和/或示例之间的所有中间概括都被认为包括本发明。在本发明的任何实施例中描述的任何特征的组合和/或混合物，可以通过类推或其他方式应用于本发明的任何其他实施例，并且也包括本发明。

将理解的是，在不脱离本发明公开和教导的方法和/或组成的情况下，所使用的材料和细节可以与说明书稍有不同或进行修改。

对于本领域技术人员而言，本发明的许多其他变型和/或实施例将是显而易见的，并且这样的变型在本发明的广泛范围内。各种修改对于本领域普通技术人员而言可能变得显而易见，并且可以从本发明的实践中获得，并且在适用的当地法律允许的范围内，也考虑了这些变型在本发明的广泛保护范围内，即使该变型可以在权利要求的字面意思之外也可以。不应从本申请中描述的任何实施例、示例和/或优选特征得出任何这样的变型被排除在这种保护范围之外的推断。

在本文的权利要求中给出了本发明的其他方面及其优选特征，无论其是否直接对应于本文的描述的一部分，其构成本发明的公开内容的组成部分。

附图说明

仅参考以下非限制性示例和本文描述的附图，通过示例进一步描述本发明。

在本文所指的附图中，一些附图标记指代以下元件：1总体上表示土工格栅；2表示肋结构；3表示杆结构；4表示细长孔；5表示接合部；6表示肋段或股(strand)；7表示杆段；10表示压力标记。

图1示出了根据本发明的单轴土工格栅的一部分。某些尺寸在图1中用标记表示，其中“c”是指细长孔的长度，“d”是指杆结构的宽度，而“e”是指肋结构的宽度。对于图1所示的一种特定的土工格栅，c为210mm；d为16mm；e为9.5mm。

图2以放大比例示意性地示出了如图1所示的土工格栅底侧的一部分。

图3a是沿图2的A-A线的剖视图。

图3b是沿图2的B-B线的剖视图。

图4是示例1中产生的土工格栅的样品的照片，显示在标尺旁边。

图5是根据示例1产生的土工格栅和传统单轴土工格栅的比较强度的抗张强度(y轴)对张力应力(x轴)的图。图5比较了本发明的土工格栅(图的顶线标记为11)与传统的HDPE单轴增强土工格栅(显示为图的底线标记为13)的短期抗张强度行为。

图6示出了根据本发明的土工格栅和传统的单轴土工格栅的蠕变数据，均在60％负载和20℃下进行了测试。在图6中，(顶线)数据大致标记为15，并用菱形表示，是从Tensar商购的商品名称为RE560的传统单轴土工格栅生成的数据，其中土工格栅在图6中标记为19的时间破裂。底线数据(大致标记为17，用三角形表示)是根据本发明的样本生成的数据，其中在图6中标记为21所示的测试持续时间后，土工格栅仍处于活动状态。

图7是蠕变数据的曲线图(纵坐标为log₁₀(时间)，横坐标为log₁₀(负载))，用于比较现有技术的土工格栅(传统的HDPE单轴增强土工格栅)和根据本发明的土木格栅的蠕变性能，现有技术的土工格栅的数据大致由标记23和图7中左侧的虚线表示，而在本发明中的土工格栅通常用标记25和图7中右侧的实线表示。在数据集25(本发明的蠕变数据)中，十字形表示在106小时后，log₁₀(负载)＝1.86或极限抗张强度(UTS)的72％。在数据集23、传统的HDPE单轴土工格栅的蠕变数据中，十字形表示在106小时后的log₁₀(负载)＝1.68或UTS的47.5％。

图8是本发明的土工格栅的肋元件在用于确定拉伸比(即该元件的分子定向度)的恢复测试之前和之后的照片。图8的照片已在图8A(恢复之前的较长的肋元件)和图8B(恢复后的较短的肋元件)中重新绘制，以便清楚地显示照片中所见和本文引用的尺寸。可以在照片(图8)中看到测试前肋元件的侧边缘的扇贝形，但为清楚起见，在相应的图(图8A)中被省略。对于定向元件的预测试(如图8A所示)，如图8所示，肋的尺寸标记为：“f”(肋起始长度)；“g”(肋起始宽度)；以及“h”(杆起始宽度)；对于恢复元件后测试(如图8B所示)，标记为：“i”(肋最后长度)；“j”(肋最后宽度)；以及“k”(杆最后宽度)。对于图8的照片中所示的特定肋元件：预测试(图8A)：f为108mm；g为14mm；h为6mm；以及后测试(图8B)：i为11mm；j为15mm；k为0.6mm。然而，将理解的是，在根据本发明的土工格栅的其他肋元件的恢复测试中，也可以获得不同值的尺寸“f”至“k”。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的单轴定向土工格栅1的一部分，该土工格栅通过在如图1中的箭头所示的单个方向MD上拉伸塑料片起始材料而产生(MD是“机器方向”的缩写)，以使材料在该方向上分子定向，并随后在拉伸的材料中形成细长孔。土工格栅1包括大致平行于机器方向MD延伸的肋结构2。肋结构2彼此横向地间隔开并且通过在横向方向(TD)上延伸的杆结构3以规则间隔开的间隔连接，由此在土工格栅1中限定了多个具有圆角的纵向延伸的细长孔4。如图1进一步所示，肋结构2和杆结构3在土工格栅1的接合区域5处相遇。每个肋结构2与杆结构3一样在整个土工格栅1中是连续的。因此，接合部5同时被认为是肋结构2和杆结构3的一部分。如图1所示，每个肋结构2由肋段或股6和接合部5的交替布置组成，而每个杆结构3由接合部5和杆段7的交替布置组成。

换句话说，图1中所示的土工格栅1可以被认为包括肋结构2，其中杆段7用作相邻肋结构之间的“连接器”。

关于土工格栅1，有很多要注意的地方。首先，土工格栅的厚度通常是均匀的。在长度方向上拉伸的过程中，网材料(产生土工格栅的材料)在宽度方向上不受约束的情况下，很可能导致不均匀的任何偏差，其中拉伸的网的边缘区域可能比中心区域稍厚(这些边缘可能会从商业产品上移除)。在孔的部分周围，厚度也可能存在一些局部的不均匀。其次，在整个土工格栅中，沿MD方向的定向度相同。

因此，应当理解，图1的单轴土工格栅1与传统的单轴土工格栅的不同之处在于，它是均匀的“平坦的”而不是具有增厚的接合部。此外，沿着肋结构2的长度以及在整个土工格栅上，沿MD方向的定向是均匀的。因此，与传统的单轴土工格栅相比，沿肋结构(沿MD方向)的定向没有变化。另外，并且相关地，本发明的土工格栅避免了现有的单轴土工格栅的缺点，其中未定向的聚合物对土工格栅的强度没有显著贡献，而是被封装在现有的单轴土工格栅的增厚的接合部和杆段中。

现在参考图2，图2以放大的比例示意性地示出了图1所示类型的土工格栅1的底侧的一部分，并且进一步参考图3a，其是图1的沿线A-A的剖视图。在图2中示出了提供张力元件的肋结构2，横向于相邻的肋结构2延伸(并且连接)的连接器元件7以及细长孔4。图2所示的土工格栅是在一定条件下通过穿孔操作产生的，使得在沿着土工格栅1的一侧上的孔4的端部区域形成压力标记10。从图2、图3a和图3b可以理解，压力标记10实际上是形成土工格栅1的聚合物的小珠，其中聚合物于其所在的表面突出。压力标记10在其横向于肋结构2的范围内具有最大高度，并且随着其围绕孔4的拐角转动而逐渐减小高度，从而仅在沿着肋结构的边缘非常短的范围内达到零高度-尤其参见图3b。

压力标记10在孔的端部提供加固，并因此抑制了连接器7(杆段)从一个边缘到另一边缘的撕裂。

尽管在图2、图3a和图3b中未示出，但是应当理解，在孔的每一端，在土工格栅的同一侧上设有压力标记10。

示例1(图1、图2、图3a，图3b和图4)

在该示例中，本发明的方法用于由具有不確定长度，宽度为1515mm和标称厚度为6.35mm的高密度聚乙烯(HDPE)的最初未定向的片挤出产生土工格栅(截面积约9620mm²)。

第一步

在该方法的第一步中，将未定向的HDPE片加热到约105℃的温度，然后在冷却前以约10：1的标称拉伸比拉伸(沿长度方向，LD或MD)。在拉伸步骤中，对网没有施加任何宽度上的限制。然后切割定向的网的样品，以在该方法的第二步中进行进一步处理(见下文)。

定向的网的宽度为1249mm(由于在拉伸过程中缺乏宽度限制，与1515mm的起始宽度相比有所减少)，并且注意到定向的网在外部边缘区域比中心稍厚(每个边缘向内大约50mm)。

测得的定向的网的平均厚度为0.76mm，给出的截面积为约949mm²。这与起始材料的为约9620mm²的截面积相比，从而确认了预期的拉伸比为约10：1。

第二步

在该方法的第二步中，将从第一步中获得的定向的HDPE片的样品穿孔(perforated)，以产生如图1所示的土工格栅1，其中孔4的长度为约210mm，宽度为约9.5mm。横向连接器7具有大约16mm的宽度(即垂直于MD方向的尺寸)。

通过将样品(沿长度方向，LD或MD)送入穿孔工位进行穿孔，该工位设有并排匹配的冲头和长度为25.4mm的模具。冲头的末端呈弧形，并形成腰部，腰部的中点宽度小于其两端。为了产生土工格栅，对冲孔工位进行编程，以使其形成单行程，然后连续进行13次连续的14.6mm的转位行程(index strokes)，然后再进行较大的41.28mm的单一转位，以形成横杆。冲头工具形成孔，该孔在其端部宽度的中间形成较窄宽度的轻微腰部(冲头具有相应的腰部形状)。

图4是通过该方法获得的土工格栅的照片，其示出了孔4的侧边缘具有略呈扇形的轮廓。这是由于当片行进穿过MD中的穿孔工位以形成细长孔4时，腰形冲头和片在连续转位行程中的相对位置(在MD中)重叠。

示例2(图5)

对于打算用于土壤加固应用(例如墙壁或斜坡)的单轴土工格栅，土工格栅材料的两个属性特别有用。第一个是短期抗张强度，第二个是可用于产品长期“蠕变”性能的短期抗张强度的百分比。

该示例说明了对根据示例1产生的土工格栅切割的肋段进行的短期张力测试，并将结果与从Tensar International Ltd商购的商品名RE560的传统单轴土工格栅获得的结果进行了比较。从根据示例1产生的土工格栅上切下根据ISO10319的张力测试样品。根据ISO10319，在Instron购得的测试机上进行张力测试，其中根据ISO10319标准钳口以试样测量长度的20％的比率相对分开。结果示于下表。

为了进行比较，图5显示了上述张力测试的结果与由Tensar生产的由相同的聚合物(HDPE)生产的单轴土工格栅切割的相同长度的肋获得的结果的复合图，并且Tensar生产的单轴土工格栅在抗张强度方面提供与示例1的产品最接近的匹配。当将6.35mm的片定向为10：1后，所得的冲孔几何形状的强度与从4.05mm的片制成的传统单轴产品相似。

图5示出了与现有技术的RE560产品的一组总体平均数据(底部，虚线13)相比，从根据本发明产生的土工格栅切割的试样的张力结果(顶部，实线11)的复合图。

图5中的数据示出，可以通过将短期抗张强度除以每单位面积的质量，来计算两种测试材料的短期抗张强度材料效率(潜在的材料效率效益)。

本发明＝(85.4/0.50)＝171(kN/m)/(kg/m²)

RE560＝(94.0)/0.62＝152(kN/m)/(kg/m²)

因此，相对于同等强度的传统单轴产品，本发明的土工格栅的短期张力效率的增加为基于聚合物的重量的约12.5％。

此外，图5清楚地表明，本发明产品的张力曲线非常“陡峭”-在相同百分比的应力下，本发明土工格栅(曲线11)的抗张强度比传统等效强度单轴土工格栅(曲线13)的抗张强度高20％至30％。最大负载下的应力也降低了相当大的百分比，但本发明产品的极限抗张强度在10％以内，即85.4kN/m，而传统等效单轴产品为94.0kN/m。

示例3(图6)

该示例表明了与传统等效强度单轴产品相比，根据示例1产生的土工格栅的蠕变性能。

根据示例1产生的土工格栅样品根据BS EN ISO 13431：1999在20℃下进行静态蠕变测试，使用的负载对应于短期抗张强度的60％。为了进行比较，将传统等效强度单轴土工格栅(RE560)的示例在相同的20℃温度和相同的对应于短期抗张强度的60％的负载进行。结果显示在图6中，图6是应力(y轴)对时间(x轴)的曲线图，其中顶部曲线(菱形，15)是由现有技术土工格栅RE560生成的数据，而底部曲线(三角形，17)是示例1的土工格栅生成的数据。

图6中两个数据曲线(15、17)的比较清楚地表明，根据本发明产生的土工格栅(数据17)显示出比传统结构的土工格栅RE560(数据15)低得多的应力。这主要是由于未定向的聚合物的储层锁定在传统土工格栅结构的杆中。还可以看到，虽然传统土工格栅在大约90小时(基准19)时破裂，根据本发明产生的土工格栅仍具有约11000小时的寿命，增加了两个对数周期(基准21)。

示例4(图7)

根据BS EN ISO 13431：1999进行的传统静态蠕变加载是时间温度叠加(TTS)蠕变程序的一部分，以根据PD ISO/TR 20432：2007建立蠕变减小因子RFcr。作为建立RFcr的过程的一部分，除了上述的TTS蠕变程序外，还根据ASTM D6992-03进行了蠕变测试的分步等温方法(SIM)程序。

图7示出了与传统的HDPE单轴加固土工格栅(虚线23)相比，根据本发明产生的土工格栅的所得复合SIM/TTS蠕变回归曲线图。根据本发明产生的土工格栅在20℃下106小时具有72％的RFcr，而传统的单轴土工格栅在20℃下106小时具有47.5％的RFcr。

图7中的数据表明，当将短期抗张强度乘以蠕变减小因子时，由于与传统HDPE土工格栅相比本发明的抗蠕变性更高，因此两种测试材料的潜在长期材料效率优势进一步提高。

本发明＝(85.4*72％)/0.50)＝123(kN/m)/(kg/m²)

RE560＝(94.0*47.5％)/0.62)＝72(kN/m)/(kg/m²)

因此，相对于同等强度的传统单轴产品，本发明的土工格栅的长期蠕变限制的张力效率的增加为基于聚合物的重量的约60％。

示例5(图8、图8A和图8B)

收缩恢复测试分子定向。

图8示出来自本发明的土工格栅的张力元件(肋和杆)的单个测试的照片，该元件由定向的HDPE制成(图8的右侧的大元件，也如图8A所示)。将该元件在150℃下保持60分钟以使聚合物还原，因此该元件收缩并且该还原的元件显示在图8的左侧(也如图8B所示)。元件的肋部在机器方向(MD)上的起始长度为108mm(在图8A中标记为“f”的尺寸)，在测试结束时的长度(最后长度)为11mm(在图8B标记为“i”)，其为9.8：1的拉伸比。产生过程中肋的实际拉伸比为10：1，因此该测试的精度在2％以内。肋的横向(TD)的起始宽度为14mm(在图8A中标记为“g”)，最后宽度为15mm(在图8B中标记为“j”)，其膨胀率为0.93：1。这证实了该肋中的聚合物在TD中基本上未定向。使用千分尺还测量了同一元件的杆部的尺寸，其在MD方向上的初始宽度为6mm(在图8A中标记为“h”)，最后宽度为0.6mm(在图8B中标记为“k”)，该比例为10：1的拉伸比。这证实了元件的杆部在MD上与元件的肋部具有相同的定向。杆的起始厚度为0.8mm，恢复后的最后厚度为6.5mm，其接近于拉伸以使聚合物定向的聚合物片的标称厚度6.35mm，这也证实了在MD的拉伸比。

Claims (57)

1.一种整体的网格结构形式的土工格栅，其包括分子定向的聚合物材料，所述网格结构由互相连接的网格限定元件形成，所述网格限定元件包括细长张力元件，其中所述网格结构的分子定向在其整个范围内是均匀的。

2.一种整体的网格结构形式的土工格栅，其包括聚合物材料，所述网格结构包括细长张力元件，所述张力元件通过所述网格结构中的接合部互相连接，其中所述接合部和所述细长张力元件具有相同的平均厚度。

3.据权利要求2所述的土工格栅，其中，所述土工格栅的聚合物材料在其整个范围内均匀地分子定向。

4.一种整体的网格结构形式的土工格栅，其包括分子定向的聚合物材料，所述网格结构包括细长张力元件，所述细长张力元件通过所述网格结构中的接合部互相连接，其中不存在由于聚合物材料的拉伸而引起的接合部的增厚。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的土工格栅，其中，所述张力元件的横截面沿其长度是均匀的。

6.根据权利要求5所述的土工格栅，其中，所述细长张力元件的横截面是矩形的。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的土工格栅，其中，所述聚合物材料是单轴定向的。

8.根据权利要求7所述的单轴土工格栅，其具有蠕变减小因子(RF_CR)，所述蠕变减小因子是根据PD ISO/TR 20432：2007，在根据BE EN ISO 13431：1999的静态蠕变测试和根据ASTM D6992-03的分步等温方法蠕变测试的基础上确定的，所述蠕变减小因子为至少55％，更优选至少60％，甚至更优选至少65％，最优选至少70％。

9.一种整体的网格结构形式的单轴土工格栅，其包括单轴定向的聚合物材料，并且所述土工格栅具有蠕变减小因子(RF_CR)，所述蠕变减小因子是根据PD ISO/TR 20432：2007，在根据BE EN ISO 13431：1999的静态蠕变测试和根据ASTM D6992-03的分步等温方法蠕变测试的基础上确定的，所述蠕变减小因子为至少55％，更优选至少60％，甚至更优选至少65％，最优选至少70％。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的单轴土工格栅，其具有0.1至3mm的厚度。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的单轴土工格栅，其具有至少4：1的拉伸比。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的单轴土工格栅，其具有至少30kN/m的抗张强度。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的单轴土工格栅，其包括：

(i)在定向方向上彼此平行延伸的多个所述细长张力元件，以及

(ii)与所述张力元件成一体的多个连接器元件，每个所述连接器元件用于将相邻的肋结构连接在一起，将任意两个张力元件连接在一起的所述连接器元件在定向方向上彼此间隔开，从而与所述张力元件一起限定平行于所述张力元件延伸的细长孔。

14.根据权利要求13所述的单轴土工格栅，其中，所述张力元件具有2至50mm的宽度，所述孔具有40至400mm的长度和5至100mm的宽度，并且所述连接器元件具有在所述张力元件的纵向方向上测量为2至20mm的宽度。

15.根据权利要求14所述的单轴土工格栅，其中，所述张力元件具有5至40mm的宽度，所述孔具有40至250mm的长度和10至80mm的宽度，并且所述连接器元件具有6到18mm的宽度。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的单轴土工格栅，其中，所述连接器元件被布置成多组，其中，任何一组的连接器在横向于所述肋结构的方向上彼此对准，并且所述组是在所述肋结构的纵向方向上彼此间隔开的。

17.根据权利要求7至16中任一项所述的单轴土工格栅，包括：

(a)在单轴定向的方向上延伸的多个大致平行的肋结构，以及

(b)横向于(优选垂直于)所述肋结构延伸的多个间隔开的、大致平行的杆结构，所述肋结构和所述杆结构通过沿其各自的长度在间隔位置处的接合部互相连接，由此将所述肋结构沿其长度细分为交替的接合部和肋段，并且将所述杆结构沿其长度细分为交替的杆段和接合部。

18.根据权利要求17所述的单轴土工格栅，其中，所述肋结构具有2至50mm的宽度，所述孔具有40至400mm的长度和5至100mm的宽度，并且所述杆结构具有沿所述肋结构的纵向方向上测量为2至20mm的宽度。

19.根据权利要求18所述的单轴土工格栅，其中，所述肋结构具有5至40mm的宽度，所述孔具有40至250mm的长度和10至80mm的宽度，并且所述杆结构具有6至18mm的宽度。

20.根据权利要求7至19中任一项所述的单轴土工格栅，其中，所述土工格栅在所述土工格栅的表面上至少部分地围绕所述孔的外围边缘具有聚合物材料的整体的珠。

21.根据权利要求20所述的单轴土工格栅，其中，所述珠沿所述孔的端部形成并且沿其细长边缘减小至零高度。

22.根据权利要求1至6中任一项所述的土工格栅，其中，所述聚合物材料是双轴定向的，可选地所述双轴土工格栅具有至少1.5：1的拉伸比，和/或进一步可选地，所述双轴土工格栅具有至少10kN/m的抗张强度。

23.一种产生土工格栅的方法，其包括以下步骤：

(a)拉伸细长聚合物起始片以形成包括分子定向的聚合物的土工格栅前体，所述土工格栅前体具有基本上均匀的厚度，以及

(b)通过在所述土工格栅前体中形成孔以限定由互相连接的网格限定元件形成的整体的网格结构来将所述土工格栅前体转变为土工格栅，其中所述网格限定元件包括细长张力元件。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述聚合物起始片具有2至12mm的平均厚度。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物起始片具有4至10mm的平均厚度。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中，所述孔被形成为使得所述细长张力元件在与所述细长张力元件的纵向范围成直角的横截面中观察时，所述细长张力元件大致为矩形，所述矩形横截面的长边沿着所述土工格栅的表面。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述孔形成为使得所述张力元件在土工格栅的相对侧上具有2至20mm的宽度。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述张力元件具有6至18mm的宽度。

29.根据权利要求27或28所述的方法，其中，所述孔形成为具有40至250mm的长度和5至80mm的宽度。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述孔具有50至200mm的长度和5至50mm的宽度。

31.根据权利要求23至30中任一项所述的方法，其中步骤(a)中的拉伸在单个方向上进行以提供土工格栅前体，其中所述聚合物材料被单轴定向。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，在步骤(a)中，将聚合物起始片拉伸至至少4：1的拉伸比。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述拉伸比为至少7：1。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述拉伸比为7：1至12：1。

35.根据权利要求31至34中任一项所述的方法，其中，所述孔形成为使得所述张力元件平行于拉伸方向延伸，并且所述孔是细长的并且也平行于所述方向延伸。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述孔形成为使得在步骤(b)中产生的网格结构包括：

(i)彼此平行延伸的多个所述细长张力元件，以及

(ii)与所述张力元件成一体的多个连接器元件，每个所述连接器元件用于将相邻的肋结构连接在一起，连接任何两个张力元件的所述连接器元件在拉伸方向上彼此间隔开，从而与所述张力元件一起限定所述细长孔。

37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述孔形成为使得所述连接器元件布置成多组，其中任何一组的连接器元件在横向于所述细长张力元件的方向上彼此对准，其中所述组在所述张力元件的纵向方向上彼此间隔开。

38.根据权利要求36或37所述的方法，其中，所述孔形成为使得所述张力元件具有2至50mm的宽度，所述孔具有40至400mm的长度和5至100mm的宽度，并且所述连接器元件具有沿所述张力元件的纵向方向上测量的2至20mm的宽度。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述张力元件具有5至40mm的宽度，所述孔具有40至250mm的长度和10至80mm的宽度，并且所述连接器元件具有6至18mm的宽度。

40.根据权利要求35所述的方法，其中，所述孔形成为使得在步骤(b)中产生的网格结构包括：

(i)在单轴定向的方向上延伸的多个大致平行的肋结构，以及横向于(优选垂直于)所述肋结构延伸的多个间隔开的，大致平行的杆结构，所述肋结构和所述杆结构通过在沿它们各自的长度的间隔位置处的接合部互相连接，使得所述肋结构沿其长度被细分为交替的接合部和肋段，并且所述杆结构沿其长度被细分为交替的杆段和接合部。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述孔形成为使得所述肋结构具有2至50mm的宽度，所述孔具有40至400mm的长度和5至100mm的宽度，并且所述杆结构具有沿所述肋结构的纵向方向上测量的2至20mm的宽度。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述肋结构具有5至40mm的宽度，所述孔具有40至250mm的长度和10至80mm的宽度，并且所述杆结构具有6至18mm的宽度。

43.根据权利要求35至42中任一项所述的方法，其中，所述孔通过打孔操作来提供。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述打孔操作在所述土工格栅的表面上和至少部分地围绕所述孔的外围边缘形成所述聚合物材料的整体的珠。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述珠沿着所述孔的端部形成并且沿着其细长边缘减小到零高度。

46.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中所述片起始材料在两个相互垂直的方向上拉伸以产生土工格栅前体，其中所述聚合物材料被双轴定向。

47.一种产生土工格栅的方法，包括以下步骤：

(a)提供聚合物起始片形式的土工格栅前体，其包括在片的整个范围内均匀地分子定向的聚合物材料，以及

(b)通过在所述土工格栅前体中形成孔以限定由互相连接的网格限定元件形成的整体的网格结构来将所述土工格栅前体转变为土工格栅，其中所述网格限定元件包括细长张力元件。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，在步骤(b)中形成的土工格栅是根据权利要求1至22中任一项所述的。

49.一种土工格栅，其是通过根据权利要求23至48中任一项所述的方法获得的和/或可通过根据权利要求23至48中任一项所述的方法获得的。

50.一种增强颗粒材料的方法，包括将根据权利要求1至22或49中任一项所述的土工格栅嵌入颗粒材料中。

51.一种通过权利要求50所述的方法增强的颗粒材料。

52.一种土工工程构造，其包括大量的颗粒材料，所述颗粒材料中嵌入有根据权利要求1至22或49中任一项所述的土工格栅。

53.根据权利要求52所述的土工工程构造，其选自路堤基础、铁路轨道压载和/或子压载；路基基础、桥梁桥台、挡土墙、陡坡(≥20度)、滑坡修复、钢网面、环绕面、梯田墙、墙体和斜坡、植被面、非植被面、模块化砌块、混凝土面板、船舶单位和/或石笼面构成的组。

54.根据权利要求52或53所述的土工工程构造，其中，所述土工格栅使所述土工工程构造对至少一种选自以下的性质进行改进(与没有所述土工格栅的构造相比)：

强度；稳定性；减少层厚；增加寿命；增加承载能力；控制差异沉降；覆盖薄弱沉积物的能力，和/或跨越颗粒材料和/或土工工程构造的空隙和/或下面的能力。

55.根据权利要求52至54中任一项所述的土工工程构造，包括根据权利要求54所述的通过将根据权利要求1至22或49中任一项所述的土工格栅嵌入而改进的颗粒材料。

56.根据权利要求1至22或49中的任一项所述的土工格栅与颗粒材料一起用于形成至少一种选自以下的目的的土工工程构造的用途：

强化；稳定；减少层厚；增加寿命；增加承载能力；控制差异沉降；覆盖薄弱沉积物的能力，和/或跨越颗粒材料和/或土工工程构造的空隙和/或下面的能力。

57.根据权利要求1至22或49中任一项所述的土工格栅与颗粒材料一起用于形成根据权利要求55所述的改进的土工工程构造的用途。

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