CN115135493B - 多轴整体土工格栅及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种适于稳定集料的单层多轴整体土工格栅，包括多个互连的定向股线和部分定向的连接部，它们形成其中具有开口阵列的外六边形的重复图案。从每一外六边形向内延伸的定向肋支承并围绕具有定向股线的较小的内六边形，从而形成多个梯形开口和单个六边形开口。外六边形的定向股线和部分定向的连接部形成多个线性强轴股线，所述多个线性强轴股线连续延伸贯通整个土工格栅并形成额外的三角形开口。土工格栅因此包括三种不同的重复几何形状。内六边形优选地还能够在土工格栅的平面之外上下移动。因此，多轴整体土工格栅提供了能够更好地接合、约束和稳定更多种类和质量的集料的几何结构。

Description

多轴整体土工格栅及其制造和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月24日提交的美国临时申请No.63/043,627、于2021年2月26日提交的美国临时申请No.63/154,209以及于2021年2月26日提交的美国临时申请No.63/154,588的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及用于结构或建筑加固和稳定化以及其它土工目的的整体土工格栅和其它定向格栅。更具体地，本发明涉及这样的整体土工格栅，其具有单层多轴格栅几何结构，具有增强的接合、约束和稳定更多种类和更宽质量范围的集料的能力，以及如本文所公开的其他所需特性，当将这些特性结合起来时，提供改进的性能、更大的经济效益和改进的环境效益。

本发明还涉及制造这种多轴整体土工格栅的方法。

最后，本发明涉及这种多轴整体土工格栅用于土壤和颗粒加固和稳定的用途，以及这种加固和稳定化的方法。

为了本发明的目的，术语“整体土工格栅”旨在包括通过定向——即拉伸具有所需厚度并具有设置在其中的孔或凹陷部的片或薄板形状的聚合物起始材料而制成的整体土工格栅和其它整体格栅结构。

背景技术

聚合物整体格栅结构，如整体土工格栅，已被制造了35年以上，所述聚合物整体格栅结构具有由基本上平行的定向股线和它们之间的连接部的各种几何图案限定的网孔。这种栅格通过挤压并形成具有孔或凹陷部的限定图案的整体铸造起始片材，之后将片材有控制地单轴或双轴拉伸和定向成高定向股线和部分定向的连接部而制造，所述高定向股线和部分定向的连接部由通过孔或凹陷部形成的网孔限定。对片材的单轴或双轴方向上的这种拉伸和定向在相应的股线方向上产生股线拉伸强度和模量。还已知的是，不仅股线强度是重要的，而且连接部强度在这些格栅结构的性能中也是重要的。这些整体定向聚合物格栅结构可以用于保持或稳定任何合适形式，诸如土壤、泥土、沙子、粘土、砾石等，以及任何合适的位置，诸如在道路或其它路堑或路堤的一侧、在道路表面或飞机跑道表面之下等，中的颗粒材料。

已经实验了孔的各种形状和图案，以实现更高的强度与重量比或者在制造过程中实现更快的处理速度。定向是在受控的温度和变形率下完成的。该过程中的一些变量包括拉伸比、分子量、分子量分布和聚合物的支化或交联程度。

这种整体土工格栅和其它整体格栅结构的制造和使用可以通过公知的技术来实现。如Mercer的美国专利No.4,374,798、Mercer的美国专利No.4,590,029、Mercer和Martin的美国专利No.4,743,486、Mercer的美国专利No.4,756,946和Mercer的美国专利No.5,419,659中所详细描述的，首先挤出起始聚合物片材，然后冲压以形成孔或凹陷部的所需限定图案。然后通过对冲压的片材进行必要的拉伸和定向来形成整体土工格栅。

这种整体土工格栅，无论是单轴整体土工格栅还是双轴整体土工格栅(统称为“整体土工格栅”或分别称为“单轴整体土工格栅”或“双轴整体土工格栅”)，都是由上述Mercer在20世纪70年代末发明的，并且在过去的35年中已经取得了巨大的商业成功，彻底革新了加固土壤、路基层以及其他由颗粒集料或颗粒材料制成的土木工程结构的技术。

Mercer发现，通过从相对厚的、基本上为单平面的聚合物起始片材开始，优选约1.5mm(约0.06英寸)至4.0mm(约0.16英寸)厚，具有孔或凹陷部的图案，其中心位于呈行列的理论上基本为正方形或矩形的格栅上，并将起始片材单轴或双轴拉伸，使得股线的定向延伸进连接部，由此可以形成全新的基本上单平面的整体土工格栅。如Mercer所述，“单平面”是指片状材料的所有区域大体上关于片状材料的中间平面对称。Mercer土工格栅解决了与它们在土木和土工工程应用中的使用有关的需要，其中需要在一个或两个方向上具有高强度和刚度的股线，以及具有高完整性和刚度的连接部，以使得土工格栅坚固并适合土木和土工工程应用的目的，并且允许土壤和集料颗粒落入股线和连接部中并受到股线和连接部的约束。

在美国专利No.3,252,181、No.3,317,951、No.3,496,965、No.4,470,942、No.4,808,358和No.5,053,264中，具有孔或凹陷部的所需图案的起始材料与圆柱形聚合物挤出物一起形成，并且通过使挤出物在膨胀芯轴上通过来实现基本单平面性。然后将膨胀的圆柱体纵向切开，以产生平坦的基本上单平面的起始片材。

在转让给坦萨国际有限公司(Tensar International Limited)的Walsh的美国专利No.7,001,112(以下称为“Walsh'112专利”)中描述了另一种整体土工格栅，坦萨国际有限公司是本专利申请的受让人——佐治亚州阿尔法利塔的坦萨国际公司(以下简称“坦萨”)的关联公司。Walsh'112专利公开了定向聚合物整体土工格栅，其包括双轴拉伸的整体土工格栅，其中定向股线形成三角形网孔，在每个角部具有部分定向的连接部，并且六个高定向的股线在各个连接部相遇(下文中时而称为“三轴整体土工格栅”)。Walsh'112专利的三轴整体土工格栅已经被坦萨商业化并取得了巨大成功。Walsh'112专利的土工格栅通过添加在多于两个方向上的且具有高强度和刚度的股线以及具有高完整性和刚度的连接部解决了改进Mercer技术的需求，以便更好地分布和抵抗在使用期间经历的载荷，以及使用三角形孔来改进土工格栅约束和支承安装有土工格栅的土壤或集料的能力。

最近，在Walsh的美国专利No.9,556,580、Walsh的美国专利No.10,024,002和Walsh的美国专利No.10,501,896中公开了改进的整体土工格栅，所有这些专利都被转让给作为本专利申请的受让人的另一关联公司的坦萨科技有限公司。上述Walsh美国专利No.9,556,580、No.10,024,002和No.10,501,896公开了一种整体土工格栅，其具有本领域技术人员已知的高高宽比，即股线横截面的厚度或高度与股线横截面的宽度的比率大于1.0。下文中，这些专利被称为高高宽比专利或Walsh HAR专利。Walsh HAR专利的高高宽比土工栅格也已由坦萨商业化并取得相当大的成功。

Walsh HAR专利的教导在于，当土工格栅被用作土木工程结构中的加固或稳定部件时，例如，道路或铁路，其中一层或多层土工格栅被用作路基改进或基层加固，通过具有高高宽比的肋或股线横截面而具有适当孔径稳定模量(ASM)的多轴土工格栅提供了改进的性能。Walsh HAR专利的这种教导取代了需要具有最大孔径稳定模量的现有技术教导。

Walsh HAR专利表明，在传统的多轴土工格栅中，肋高宽比和运输性能之间的关系不是线性的，例如Walsh的图5所示的肋高宽比和车辙深度之间的关系。从0.375到1.4的高宽比的变化将车辙深度从38mm减小到23mm，而从1.4到2.2的高宽比的增加将车辙深度减小到19mm。虽然这种改进是有意义的，但是通过增加格栅结构的厚度而进一步简单地增加肋高宽比增加了重量并提高了产品成本。

Walsh HAR专利证明了Walsh技术的进一步改进，即添加在多于两个方向上且具有高强度和刚度的股线，以及具有高完整性和刚度的连接部，并且通过仔细地改变可拉长的股线的尺寸和定位来进一步改进土工格栅约束和支承安装有土工格栅的土壤或集料的能力。

在CN102615818A中还公开了另一个整体土工格栅，其涉及一种具有类似于玳瑁壳图案的几何结构的塑料土工格栅。虽然公开了“六边形内六边形”格栅几何结构，但是在几何结构中不存在线性连续贯通土工格栅的长度或宽度的股线。

因此，针对接合和稳定土壤和其它集料的目的而言，由上述常规起始材料生产的整体土工格栅可表现出大体上令人满意的性能。然而，不存在连续延伸贯通整个土工格栅的线性股线极大地损害了几何结构的结构完整性，并限制了土工格栅的平面内拉伸特性及其在土工合成应用中的用途。

意指本发明可应用于所有的整体格栅，而不管形成起始片材的方法或将起始材料定向成整体土工格栅或格栅结构的方法。前述美国专利No.3,252,181、No.3,317,951、No.3,496,965、No.4,470,942、No.4,808,358、No.5,053,264、No.7,001,112、No.9,556,580、No.10,024,002和No.10,501,896的主题通过引用明确地并入本说明书中，就如同这些公开内容在本文中以其整体阐述那样。这些专利被引用作为说明性的，并且不应被认为是包括一切，或者排除本领域已知的用于生产整体聚合物格栅材料的其它技术。

用于解释和/或预测包括颗粒材料(诸如土壤或石头)上的多轴土工格栅的土工合成材料在用于道路应用以抵抗车辆交通的车辙效应时的性能的机制仍然在发展。研究表明，不可能单独基于土工格栅的物理和/或机械特性来描述和/或预测土工格栅在道路应用中的性能。参见，例如，Giroud,J.P.和Han,J.的“‘经土工格栅加固的未铺砌道路的设计方法一：设计方法的发展’末章(Closure to‘Design Method For Geogrid-ReinforcedUnpaved Roads,I：Development Of Design Method’)”，土工与地质环境工程杂志，ASCE，第130卷，第8编，第775-786页，2004年8月；Webster,S.L.的“用于轻型飞机的柔性路面土工格栅加固基层：测试部分构造、交通行为、实验室测试和设计标准(Geogrid ReinforcedBase Course For Flexible Pavements For Light Aircraft:Test SectionConstruction,Behavior under Traffic,Laboratory Test,and Design Criteria)”，报告DOT/FAA/RD-92，1992年12月。因此，有必要考虑由土工格栅和由土工格栅限制和约束的颗粒材料构成的复合基体。

现存的现有技术土工格栅是在优化颗粒材料的尺寸和土工格栅孔的尺寸之间的关系的观点下开发的，目的是实现高度的“刺透”或“穿透”，即，高比例的集料级配落入土工格栅的孔中，使得颗粒材料能够抵靠约束肋的侧壁。参见例如Mercer的美国专利No.5,419,659，第21栏第32-43行；Walsh HAR专利No.10,501,896，第1栏第51-64行，以及第4栏第62行至第5栏第11行；“土工合成设计和建造指南-参考手册-NHI教程No.132013(GeosyntheticDesign&Construction Guidelines–Reference Manual–NHI Course No.132013)”，美国运输联邦公路管理局公文No.FHWA NHI-07-092，2008年8月28日；“利用土工格栅加固和缩小道路结构断面(Use of Geogrid for Strengthening and Reducing the RoadwayStructural Sections)”，NDOT研究报告，报告号327-12-803，2016年1月。在Walsh HAR专利和其它现有技术的情况下，孔的单一尺寸与相对大的颗粒尺寸相匹配，其目的是完全约束这些单独的颗粒。参见如以下照片所示的Walsh HAR专利的方法。

因此，为了获得最佳的性能，最佳的集料颗粒尺寸的范围受限于对于每种土工格栅应用所选择的土工格栅结构的孔径尺寸。

土木基础设施，诸如道路，会持续老化且性能降低，并且不断需要替换和升级这些资产。同时，传统上用于道路和其它土木基础设施的材料在成本和稀缺性方面持续增加，特别是由于对高质量天然集料的采石的环境影响。结果，对使用更容易获得并且在来源方面具有较低环境影响的材料的需求日益增长。通常，这些材料的性能与传统材料不同，并且通常具有较低的性能能力。

因此，存在对能够促进改进的性能和经济而同时减轻诸如道路的土木基础设施的环境影响的土工格栅材料的商业和环境需求。因此，需要一种整体土工格栅，与传统土工格栅相关的几何结构相比，其具有能够接合、约束和稳定更多种集料以及更宽的质量范围的集料的几何结构，并且具有在至少两个方向上具有连续股线的几何结构，同时除了当前整体土工格栅不能获得的其它所需特性之外，还提供各种程度的局部平面外刚度。

发明内容

为了获得前述几何结构，其能够接合、约束和稳定比与现有土工格栅结构相关的几何结构更多种集料以及更宽的质量范围的集料，并且具有包括在至少两个方向上的连续股线的几何结构，同时提供多种程度的局部平面外和平面内刚度，以及其他期望的特征，本发明提供了具有重复几何结构的单层多轴格栅，其包括不同形状和尺寸的孔，由不同长度、高度和宽度的肋形成，其中肋优选地具有大于1.0的高宽比，并且其中一些肋以连续的线性方式横向和对角地延伸贯通格栅，而其它股线被中断以提供局部柔量区域。

更具体地，根据本发明的多轴土工格栅结合了以下特征：

·具有不同宽度和厚度同时优选地保持高高宽比的肋；

·不同的孔径形状和尺寸以更好地适应不同的颗粒材料；

·增加每单位面积的定向肋的数量以更好地约束颗粒材料的重复几何结构；

·增加每单位面积的定向肋之间所形成的角度的数量，以更好地约束颗粒材料的重复几何结构；

·包含每单位面积的定向肋之间所形成的不同的约束角度，以更好地约束颗粒材料的重复几何结构；

·用于促进载荷分布的整体连接部；

·在多个方向上连续延伸贯通整个土工格栅以优化载荷分布的稳定和加强强轴股线；

·局部可变的平面内和平面外刚度。

在一个优选实施例中，本发明采用形成外六边形的重复图案的互连的定向股线和部分定向的连接部的重复图案，每个外六边形支承并围绕较小的内六边形，以限定单层多轴整体土工格栅的三种不同形状的开口。此外，为了提供附加的强度和稳定性，外六边形的几何结构形成或限定多个线性股线，或强轴股线或肋，所述股线连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅，而不与其它外六边形的内部相交，从而使土工格栅适于稳定集料。应当理解，连续的线性股线由限定外六边形并沿相同的线或股线方向对齐的定向股线和部分定向的连接部构成。外六边形的连续线性股线还在相邻的外六边形之间形成三角形开口，这些开口在整个土工格栅中重复，并且在其中没有被另外的股线或肋所阻碍。

当这样形成时，内六边形包括六个定向股线，这些股线限定不被附加的股线或肋所阻碍的六边形开口。内六边形由从外六边形的部分定向的连接部延伸到内六边形的相应角部的六个定向的连接股线支承，以形成定向的三节点。三节点具有比部分定向的连接部高得多的定向水平，并且趋向于完全定向。包括内六边形和六个支承的定向连接股线的六个定向股线与外六边形的相邻定向股线一起形成六个梯形孔，所有这些梯形孔都不被附加的股线或肋所阻碍。

如前段所述的构造还产生了一种结构，其中内六边形相对于外六边形结构悬挂，即浮动。这种结构允许内六边形向上或向下偏移，以便相对于土工格栅的主平面和连续的线性股线“浮动”或弯曲，即变形，所述连续的线性股线由限定外六边形的定向股线和部分定向的连接部组成。因此，在集料的放置和压实期间，浮动的内六边形增强了土工格栅的接合、约束和稳定集料的能力。

前述土工格栅结构在下文中通常被称为“重复的六边形内浮动六边形图案”或更简单地称为“六边形内浮动六边形图案”。

根据本发明的一个实施例，用于制造多轴整体土工格栅的起始材料包括其中具有孔或凹陷部的聚合物片材，当起始材料被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部提供多种形状的开口。

根据本发明的另一个实施例，多轴整体土工格栅包括重复的六边形内浮动六边形图案。

根据本发明的另一个实施例，土壤构造包括通过在其中嵌入多轴整体土工格栅而被加强和稳定的颗粒材料堆，所述多轴整体土工格栅在由聚合物起始片材产生的重复的六边形内浮动六边形图案。

根据本发明的又一实施例，一种制造用于多轴整体土工格栅的起始材料的方法包括：提供聚合物片材；以及在其中提供孔或凹陷部，以形成多轴整体土工格栅，该多轴整体土工格栅具有互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案。

根据本发明的另一个实施例，一种制造多轴整体土工格栅的方法包括：提供聚合物片材；在其中提供孔或凹陷部；以及双轴拉伸其中具有孔或凹陷部的聚合物片材，以便以重复的六边形内浮动六边形图案的形式提供多个互连的定向股线，所述股线在其中具有多种形状的开口。

根据本发明的又一实施例，一种强化颗粒材料堆的方法包括：在颗粒材料堆中嵌入多轴整体土工格栅，所述多轴整体土工格栅具有重复的六边形内浮动六边形图案，由聚合物片材产生，并适于稳定颗粒材料堆。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造具有重复的六边形内浮动六边形图案的多轴整体土工格栅的起始材料。起始材料包括其中具有孔或凹陷部的聚合物片材，当起始材料被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部提供开口。

本发明的另一个目的是提供一种适于稳定和加强集料的多轴整体土工格栅，其包括重复的六边形内浮动六边形图案，由聚合物片材制成，具有连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅的线性股线。本发明的一个相关目的是提供一种几何结构，该几何结构能够接合、约束和稳定比与现有土工格栅结构相关的几何结构更多种类以及更宽质量范围的集料，同时提供多种程度的局部平面外和平面内刚度，以及其它期望的特性。

本发明的又一个目的是提供一种土壤结构，该土壤结构包括通过在其中嵌入多轴整体土工格栅而被加强和稳定的颗粒材料堆，所述多轴整体土工格栅具有由聚合物片材产生的重复的六边形内浮动六边形图案。

本发明的再一个目的是提供一种制造用于多轴整体土工格栅的起始材料的方法，该方法包括：提供聚合物片材；以及在其中提供孔或凹陷部以形成多轴整体土工格栅，该多轴整体土工格栅具有互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案。

本发明的另一个目的是提供一种制造整体土工格栅的方法。该方法包括：提供聚合物片材；在其中提供孔或凹陷部；以及双轴拉伸其中具有孔或凹陷部的聚合物片材，以便提供其中具有开口阵列的多个互连的定向股线，互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案，以及连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅的线性股线。该方法可以使用已知的土工格栅制造方法，例如在上述美国专利No.4,374,798、No.4,590,029、No.4,743,486、No.5,419,659、No.7,001,112、No.9,556,580、No.10,024,002和No.10,501,896以及其它专利中描述的那些。

与根据本发明的多轴整体土工格栅相关的许多优点在性质上是变化的。通过互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案，多轴整体土工格栅可以更好地适应不同的集料尺寸，即，通过改变限定孔的尺寸。现有的商用整体土工格栅结构通常具有一个基本形状和一个限定尺寸，而本发明的多轴整体土工格栅利用三种不同的基本形状——在该示例中是六边形、梯形和三角形。进而，这些形状由具有不同形状和尺寸的定向股线或肋限定和界定。这样，本发明的多轴整体土工格栅可以更好地适应集料在土工格栅上分布时的正常出现的不同的角度、定向和尺寸。

此外，本发明的多轴整体土工格栅更适于通过提供孔径尺寸的增大的分布范围来稳定更多种类的集料，从而与现有的多轴整体土工格栅中所呈现的通常为单一尺寸的三角形或矩形相比，产生接合、约束和稳定更多种类以及更宽质量范围的集料的能力。本发明的多轴整体土工格栅的图案具有与较大的周围六边形相结合的无阻碍的开口内六边形，这提供了优化的集料约束和侧向约束。通过重复的梯形和三角形孔实现孔尺寸的进一步分布。

此外，与现有技术整体土工格栅相比，本发明的多轴整体土工格栅在所有的股线上提供了更高的高宽比。因为本发明的高高宽比提高了集料互锁，所以本发明的多轴整体土工格栅可以更好地适应集料的不同的高宽比。

通过互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案，本发明的多轴整体土工格栅的特征还在于相对于现有的整体土工格栅，股线元件的数量和类型增加。并且，本发明的多轴整体土工格栅具有增加数量的定向拉伸元件和减少数量的部分定向的连接部。这样，本发明的多轴整体土工格栅的特征在于多种程度的平面外和平面内局部刚度。

本发明的多轴几何结构赋予整体土工格栅整体更大的平面内旋转刚度，而较短长度的股线相对于现有技术整体土工格栅的旋转刚度增加了整体土工格栅的旋转刚度。因此，多轴整体土工格栅的特征在于柔量，即初始屈服或柔韧性，其导致更好的压实和更高的密度，但由于初始屈服，最终的水平集料土工格栅复合刚度更大。

另外，本发明的多轴整体土工格栅具有增加数量的约束元件，即股线，其对集料的移动提供同心状的阻力。相对于传统的三轴整体土工格栅，在同比的六边形尺寸中，本发明的多轴整体土工格栅在压实和运输过程中提供了两倍的用以抵抗径向载荷运动的约束元件。

总之，由于互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案，本发明的优选的多轴整体土工格栅的股线元件以及约束角或“拐角”的数量和种类增加，并且具有悬置的内六边形，用于受限的平面外上下移动。这些特性使得在保持整体土工格栅的整体结构完整性的同时产生更多容纳和限制集料的几率。此外，通过包括连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅的连接的定向股线(或肋)和部分定向的连接部的线性股线，本发明的多轴土工格栅作为集料加强件具有增加的强度和稳定性。

这些目的和优点以及随后将变得显而易见的其它目的和优点在于如在下文中更全面地描述的构造和操作的细节，参考了构成描述的一部分的附图，其中相同的附图标记始终指代相同的部件。附图用于说明本发明，但不一定是按比例绘制的。

附图说明

图1是根据现有技术Walsh'112专利的整体土工格栅的平面图。

图2是根据本发明优选实施例的多轴整体土工格栅的平面图。

图3是用于形成图2所示的多轴整体土工格栅的其中形成有孔或凹陷部的起始片材的顶部立体图。

图3A是图3的起始片材中所示的孔的可能尺寸和间隔的平面图。

图4是图2所示的多轴整体土工格栅的立体图。

图5是图4所示的多轴整体土工格栅逆时针旋转约30度的放大立体图。

图5A是示出形成或限定图5所示的多轴整体土工格栅的强轴股线的一部分的外六边形的肋A和邻接连接部(参见图13)的部分截面的放大的侧视示意图。

图5B是示出图5所示的多轴整体土工格栅的内六边形的肋B和肋D以及相邻三节点(参见图13)的部分截面的放大的侧视示意图。

图6是示出图1所示的现有技术整体土工格栅的结构限定的局部平面图。

图7是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的结构属性的局部平面图。

图8是示出图1所示类型的现有技术整体土工格栅中的单孔面积的分布范围的图表。

图9是示出图1所示类型的另一现有技术整体土工格栅中的单孔面积的分布范围的图表。

图10是示出利用图2所示的本发明的多轴整体土工格栅可以获得的单孔面积的增大的分布范围的图表。

图11是示出图1所示的现有技术整体土工格栅的平面内旋转刚度的局部平面图。

图12是示出利用图2所示的本发明的多轴整体土工格栅可获得的增强的平面内旋转刚度的局部平面图。

图13是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的各种股线长度的局部平面图。

图14是示出图1所示的现有技术整体土工格栅的单一约束内角的局部平面图。

图15是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的两种约束内角的局部平面图。

图16是示出了图1所示的现有技术整体土工格栅的呈特定距离的六个约束元件的局部平面图。

图17是示出了图2所示的多轴整体土工格栅的呈相同特定距离的十二个约束元件的局部平面图。

图18是示出了图1所示的现有技术整体土工格栅的18个均为相同角度的成角度拐角的局部平面图。

图19是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的30个具有不同角度的成角度拐角的局部平面图。

图20是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的内六边形的浮动特性的局部立体图。

图21是示出了与图1所示的现有技术整体土工格栅的单独的股线或肋相关联的较低柔量的局部区域的局部平面图。

图22是局部平面图，其示出了与图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的外六边形的单独的股线或肋相关联的较低柔量的局部区域，以及内六边形的高弹性柔量的重复区域。

图23A是三(3)张照片系列，其示出了在保持测试中使用的测试盒、颗粒材料和土工格栅，其结果报告在下文列出的表D中。

图23B是三(3)张照片系列，其示出了在保持测试中使用的试验盒、颗粒材料和本发明的样品，被标识为Lab 79，其结果报告在下文列出的表D中。

图24是在下文列出的表E中报告的多次运输测试中，肋高宽比与10,000次通过后表面变形的关系图表。

图25A是示出现有技术土工格栅的孔如何足够大以使选定的集料颗粒在物理上“落入”孔的开放空间中的图。

图25B是示出与现有技术的土工格栅相比，本发明的土工格栅如何用于沿着土工格栅的上表面保持集料的图。

图26A是如图23A的照片中所示的土工格栅的保持测试的结果的箱形图。

图26B是如图23B的照片所示的本发明的土工格栅的保持测试的结果的箱形图。

图27是图6和图7的再现，其示出了用于测试2(车辙试验)的样品的标称相同的六边形“对边”(A/F)尺寸，表E中报告了其结果。

图28是图6和图7的另一再现，其示出了用于测试2(车辙试验)中的样品的相应孔的测量，表E中报告了其结果。

图29A是示出根据本发明的内六边形在外六边形内的受限制的平面外向上运动的示意图。

图29B是示出根据本发明的内六边形在外六边形内的受限制的平面外向下运动的示意图。

具体实施方式

尽管仅详细说明本发明的优选实施例，但是应当理解，本发明的范围不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的结构和布置的细节。如下文所述，本发明能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实践或实现。

此外，出于包括所附权利要求书在内的本说明书的目的，为了清楚起见，在描述优选实施例时将采用特定术语。意图是，每个术语预期其如本领域技术人员所理解的最广泛的含义，并且包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等同物。本文所用的术语“定向的”、“定向”和“高定向”应用于外六边形的股线和内六边形的股线或肋和三节点，以及术语“部分定向的”或“部分定向”应用于外六边形的连接部，它们应具有本领域技术人员在过去多年中结合土工格栅所熟知的含义。例如，当与外六边形的股线和内六边形的股线或肋和三节点相比时，应用于外六边形的连接部的术语“部分定向”是显而易见的，因为连接部明显地更大且更厚，如本文附图所示。

这样，土工格栅中的定向水平是可以观察到的，通过检查土工格栅以确定由拉伸或定向过程引起的土工格栅的厚度从起始片材的相应厚度变窄或变薄的程度，以及通过视觉(肉眼)检查或扫描电子显微镜在土工格栅中可以观察到的条纹。这些术语不旨在要求在分子水平上确定条纹，例如通过显微镜检查聚合物分子的定向。

另外，对于包括所附权利要求书在内的本说明书，术语“约”在修饰表示说明书和权利要求书中使用的许多大小、尺寸、部分、形状、配方、参数、百分比、量、特性和其它数值的数字时，该术语旨在涵盖所述值加或减10％。

此外，对于包括所附权利要求书在内的本说明书，术语“孔”和“开口”在本文中可互换地使用，并且该术语用于描述位于多轴整体土工格栅的股线或肋内的多个开放空间中的任何一个。

本发明涉及由作为起始材料的聚合物片材生产的多轴整体土工格栅结构。根据本发明的优选实施例，聚合物片材起始材料基本上是平的，并且优选是单平面的或基本上单平面的。

本发明基于这样的事实，即，当聚合物片材通过具有选定的孔或凹陷部的图案的起始片材和烘箱拉伸工艺转变成多轴整体土工格栅时，产生相对于用于土壤和其它集料加固和稳定以及其它土工应用的现有单轴、双轴和三轴土工格栅具有独特特性的成品。

图1是根据现有技术整体土工格栅，即根据Walsh'112专利的三轴整体土工格栅的平面图。如图1所示，三轴整体土工格栅200具有重复的三角形210几何结构。三轴整体土工格栅200包括通过部分定向的连接部235相互连接的多个定向股线205，其中围绕每个连接部235的六个三角形开口210形成重复的六边形几何结构。

图2是根据本发明优选实施例的单层多轴整体土工格栅100的平面图。多轴整体土工格栅100包括其中具有开口阵列的多个互连的定向股线，互连的定向股线和开口的重复的六边形内浮动六边形图案，并且包括连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅的线性股线。更具体地，多轴整体土工格栅100包括重复的每个外六边形110内浮动内六边形130的图案。外六边形110包括通过部分定向的连接部115相互连接的多个外部定向股线120。内六边形130包括通过三节点135相互连接的多个定向肋145和150，并包围六边形中心开口170。外六边形110通过限定多个梯形开口180的多个支承肋140和160与较小的内六边形130连接。在各三个相邻外六边形110的图案的中心是三角形开口190。如图所示，连接部115比三节点135大得多。

从图2可以明显看出，本发明的多轴整体土工格栅的另一个特征是重复的外六边形图案的外部定向股线120的线性连续特性。也就是说，定向股线120通过部分定向的连接部115是线性连续的，因为它们在三个不同的方向上连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅，所述三个不同的方向彼此分开大约120°，并且在图4和图5中由箭头120A、120B和120C表示。所属领域的技术人员将了解，如果对经穿孔的起始片材几何结构进行适当对应旋转，那么相同的基本几何结构在拉伸之后的不同定向是可能的。定向股线120的线性连续特性为本发明的多轴整体土工格栅提供了必要的增强的强度和平面内刚度。

图3是具有形成在其中的孔或凹陷部的起始的单层材料片材300的立体图，其用于形成图2所示的多轴整体土工格栅。用作根据本发明的多轴整体土工格栅的起始材料的单层材料片材300优选是经过穿透冲孔的，尽管也可以使用形成在其中的凹陷部。根据在片材中形成凹陷部的起始材料的实施例，凹陷部设置在片材的每一侧上，即设置在片材的顶部和底部两者上。

单层材料片材300包括孔320和间隔330的重复图案310，当被定向时，孔320和间隔330提供图2所示的多轴整体土工格栅的六边形内浮动六边形图案。根据本发明的一个可能的实施例，孔320的直径为3.68mm，并且孔的间隔330如图3A所示的毫米。

优选地，单层材料片材300的总厚度为约3mm至约10mm，更优选地，单层材料片材300的总厚度为约5mm至约8mm。

另外，通常，单层材料片材300本质上是聚合物。例如，构造材料可包括高分子量聚烯烃和宽规格聚合物。此外，聚合物材料可以是未加工的原料，或者可以是再循环材料，例如，工业后或消费后再循环的聚合物材料。根据本发明的优选实施方案，高分子量聚烯烃是聚丙烯。

图4是图2所示的多轴整体土工格栅100的立体图，图5是图4所示的多轴整体土工格栅100的放大立体图。从图4和图5可以明显看出，定向股线120，定向肋145、150，和支承肋140、160具有本领域技术人员已知的高高宽比，即，根据上述Walsh HAR专利——美国专利No.9,556,580、No.10,024,002和No.10,501,896，股线横截面的厚度或高度与股线横截面的宽度之比大于1.0。虽然对于本发明不是绝对必要的，但是股线或肋的高高宽比是优选的。因此，本发明的多轴整体土工格栅提供了土工格栅和集料之间的增强的相容性，这导致了对集料的改进的互锁、侧向约束和限制。

图5A是示出形成或限定连续延伸贯通本发明的土工格栅的三个线性强轴股线之一的一部分的外六边形的肋A和邻接连接部(参见图13)的部分截面的放大的侧视示意图。当在土木工程应用中接合、约束和稳定集料时，这些强轴股线提供土工格栅所需的强度和平面内稳定性。图5B是类似的放大的侧面示意图，其示出了内六边形的肋B和肋D以及相邻三节点的部分截面。在图5A和图5B中阐述了根据本发明的这些部件中的每一个的典型厚度。

图6是示出图1所示的现有技术三轴整体土工格栅的某些结构限定的局部平面图。常规三轴整体土工格栅200的重复几何元件具有一个基本开口形状——三角形，一种限定股线尺寸，以及连接部与连接股的高比例，1比3。这样，传统的三轴整体土工格栅200在开口形状或尺寸以及60°的单一约束角度上均没有变化。

图7是示出如图2所示的多轴整体土工格栅100的结构属性的另一平面图。同样，尽管图1中所示的现有技术三轴整体土工格栅200仅具有一个基本形状和一种限定股线尺寸，但是多轴整体土工格栅100利用三种不同的基本开口形状——外六边形110、梯形开口180和三角形开口190，不同的股线尺寸，以及两种不同的内部约束角度——60°和120°。此外，多轴整体土工格栅100针对每六个连接线只包括一个连接部，并且具有与每个三节点相关联的三个股线。这样，当集料分布在土工格栅上时，多轴整体土工格栅100能够更好地适应集料的不同角度和方向。

图8是示出图1所示类型的现有技术三轴整体土工格栅200中的单孔面积的分布范围的图表。更具体地，图8示出了与作为 土工格栅可从坦萨商购获得的三轴整体土工格栅相关联的单孔面积的分布。从图8中可以明显看出，与传统的三轴整体土工格栅相关的单孔面积相对有限，提供了仅从大约775mm²到大约850mm²的单孔面积的分布范围，或者仅为大约75mm²的范围。

图9是示出图1所示类型的另一现有技术三轴整体土工格栅200中的单孔面积的分布范围的图表。更具体地，图9示出了与作为土工格栅可从坦萨商购获得的三轴整体土工格栅相关联的单孔面积的分布。从图9中可以明显看出，与这种传统的三轴整体土工格栅相关的单孔面积也是相对有限的，提供了仅从大约475mm²到大约550mm²的单孔面积的分布范围，或者仅为大约75mm²的范围。

相对而言，图10是示出利用图2所示的本发明的多轴整体土工格栅100可以获得的单孔面积的增大的分布范围的图表。从图10可以明显看出，与多轴整体土工格栅100相关联的单孔面积的范围或分布显著大于三轴整体土工格栅所提供的范围或分布，其中从大约475mm²至大约800mm²的单孔面积的较宽分布提供了与不同粒度的颗粒材料的更优的相互作用，并且尤其显著的在于从大约500mm²至大约700mm²之间或至少200mm²的范围。

图11是示出图1所示的现有技术三轴整体土工格栅200的平面内旋转刚度的平面图。从图11中可以明显看出，现有技术三轴整体土工格栅200具有连接定向股线205的部分定向的连接部235，每个定向股线205具有大致相同的长度。

相对而言，图12是示出了用图2所示的本发明的多轴整体土工格栅100可获得的增强的平面内旋转刚度的部分平面图。同样，多轴整体土工格栅100包括优选重复的六边形内浮动六边形图案，其具有外六边形110和较小内六边形130。外六边形110包括通过部分定向的连接部115相互连接的多个定向股线120。内六边形130包括通过三节点135相互连接的多个定向肋145和150。外六边形110通过多个定向的支承肋140和160与内六边形130连接。由于定向肋145、150和支承肋140、160的长度相对于定向股线205的长度较短，多轴整体土工格栅100具有增加的平面内旋转刚度。

图13是示出图2所示的多轴整体土工格栅的各股线的局部平面图。多轴整体土工格栅100包括重复的六边形内浮动六边形图案，其具有外六边形110和较小内六边形130。外六边形110包括通过部分定向的连接部115相互连接的多个定向股线120(在图13中也用“A”表示)。内六边形130包括通过定向三节点135相互连接的多个定向肋145(“B”)和150(“D”)。外六边形110通过多个定向的支承肋140(“C”)和160(“E”)与内六边形130连接。(在下文呈现的表A、表B和表E的数据中采用了各种股线的名称A、B、C、D和E。)

根据本发明的一个实施例，四个定向肋150(D)和两个支承肋160(E)是最宽的(最厚的边对边)，并且四个支承肋140(C)是最高的，所有这些都提供强度和刚度。两个定向肋145(B)最薄，这提供了平面外柔性。定向股线120(A)是股线的代表，并且这些股线既不是最高也不是最宽的，既不是最强也不是最柔韧的，并且因此它们是中间值并且在不存在股线B、C、D和E的情况下是不适应的。因此，图13示出了多个股线尺寸对强度和刚度的影响。本领域技术人员将容易想到其它实施例和尺寸关系。

表A给出了如图13所示的本发明的多轴整体土工格栅100的一个示例的各个股线中的每个股线的高度、宽度和高宽比。尽管表A中所示的值代表了可以与本发明的多轴整体土工格栅100相关联的高度、宽度和高宽比，但是它们是为了说明的目的而给出的，而不是要限制本发明的范围。

表A

股线	高度(mm)	宽度(mm)	高宽比
				A	2.86	1.12	2.55
B	2.05	1.10	1.86
				C	3.16	1.11	2.84
D	3.13	1.32	2.37
				E	2.63	1.29	2.03

表B给出了与本发明的多轴整体土工格栅100的各个股线相关的高宽比与由坦萨商业化的各种商用三轴整体土工格栅的高宽比的比较。

表B

从表B中可以明显看出，与每一个传统的三轴整体土工格栅相比，多轴整体土工格栅100在所有的股线上具有更高的高宽比。与本发明的几何结构的其它特征相结合，该较高的高宽比提供了比Walsh HAR专利的三轴土工格栅更好的性能。

图13和图15中所示的根据本发明的多轴土工格栅的宽范围和优选参数如下。

肋A的高度具有从1mm到4mm的宽范围，从2mm到3mm的优选范围，以及2.86mm的优选尺寸。肋A的宽度具有从0.75mm到3mm的宽范围，从1mm到2mm的优选范围，以及1.6mm的优选尺寸。肋A的长度具有从30mm至45mm的宽范围，从35mm至40mm的优选范围，以及37mm的优选尺寸。肋A高宽比具有从1:1至3:1的宽范围，从1.5:1至1.8:1的优选范围，以及1.7:1的优选值。

肋B的高度具有从1mm到3mm的宽范围，从1.5mm到2.5mm的优选范围，以及1.6mm的优选尺寸。肋B的宽度具有从0.75mm至3.5mm的宽范围，从1mm至3mm的优选范围，以及1.8mm的优选尺寸。肋B的长度具有从15mm至25mm的宽范围，从18mm至22mm的优选范围，以及21mm的优选尺寸。肋B高宽比具有0.75:1至2:1的宽范围，1.2:1至1.4:1的优选范围，以及1.3:1的优选值。

肋C的高度具有从1mm到4mm的宽范围，从2mm到3mm的优选范围，以及2.7mm的优选尺寸。肋C的宽度具有从0.75mm至3.5mm的宽范围，从1mm至2.5mm的优选范围，以及1.6mm的优选尺寸。肋C的长度具有从15mm至30mm的宽范围，从20mm至25mm的优选范围，以及23mm的优选尺寸。肋C的高宽比具有从1:1至3:1的宽范围，从1.5:1至2.5:1的优选范围，以及1.7:1的优选值。

肋D的高度具有从1.5mm至4mm的宽范围，从2mm至3.5mm的优选范围，以及2.3mm的优选尺寸。肋D的宽度具有从1mm到4mm的宽范围，从1.5mm到2.5mm的优选范围，以及1.5mm的优选尺寸。肋D长度具有10mm至30mm的宽范围，15mm至25mm的优选范围，以及18mm的优选尺寸。肋D的高宽比具有从1:1至3:1的宽范围，从1.4:1至1.7:1的优选范围，以及1.6:1的优选值。

肋E的高度具有从1mm到4mm的宽范围，从1.5mm到3.0mm的优选范围，以及1.9mm的优选尺寸。肋E的宽度具有从0.75mm至3.5mm的宽范围，从1mm至3mm的优选范围，以及1.7mm的优选尺寸。肋E的长度具有从15mm至30mm的宽范围，从20mm至25mm的优选范围，以及22mm的优选尺寸。肋E的高宽比具有0.75:1至2:1的宽范围，1:1至1.5:1的优选范围，以及1.3:1的优选值。

另外，如图5A所示，多轴整体土工格栅100的外六边形110具有部分定向的连接部115和定向股线120，其中部分定向的连接部115的厚度(尺寸“TO2”)具有从3mm到9mm的宽范围，从4.5mm到7.5mm的优选范围，以及大约5.6mm的优选尺寸，而定向股线120的厚度(尺寸“TO1”)具有从1mm到5mm的宽范围，1.5mm至3.5mm的优选范围，以及约2.8mm的优选尺寸。

此外，如图5B所示，多轴整体土工格栅100的内六边形130具有三节点135的厚度(尺寸“TI1”)和定向肋145的厚度(也是尺寸“TI1”)和定向肋150的厚度(也是尺寸“TI1”)，其具有从1mm到5mm的宽范围，以及从1.5mm到3.5mm的优选范围。

根据图13所示的多轴整体土工格栅的一个优选实施例，“对边”尺寸，即从外六边形的一个连接部115(参见图15)到外六边形的相对的连接部115的距离，大约为80mm。此外，对于相同的实施例，内六边形的对边尺寸，即从内六边形的一个三节点135(参见图15)到内六边形的相对的三节点135的距离，大约为33mm。

冲孔尺寸/直径具有2mm至7mm的宽范围，3mm至5mm的优选范围，以及3.68mm的优选尺寸。在第一拉伸方向上的主节距具有5mm至9mm的宽范围，6mm至8mm的优选范围，以及6.7088mm的优选尺寸。在第一拉伸方向上的次节距具有1mm至4mm的宽范围，2mm至3mm的优选范围，以及2.58mm的优选尺寸。在第一拉伸方向上的第二主/次节距具有4mm至8mm的宽范围，5mm至7mm的优选范围，以及5.934mm的优选尺寸。在第二拉伸方向上的主节距具有4mm至8mm的宽范围，5mm至7mm的优选范围，以及6.192mm的优选尺寸。

图14是示出图1所示的现有技术三轴整体土工格栅200的单一约束内角的局部平面图。显然，三轴整体土工格栅200具有单一的约束内角，即约60°的角。也就是说，在每个连接部235周围，三轴整体土工格栅200具有总共六个60°的约束角。而且，三轴整体土工格栅200在单个六边形的边界内具有总共十八个60°的约束角。(图14中所示的标记A是用于在下文呈现的表E的数据中采用的现有技术土工格栅的股线/肋。)

图15是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅100的两种不同的约束内角的局部平面图。有利地，由于具有支承在外六边形110内的内六边形130的几何结构以及五种不同的股线类型A、B、C、D和E，多轴整体土工格栅100具有60°和120°内角的组合。也就是说，在连接部115周围，存在六个60°的约束角，而在三节点135周围，存在三个120°的约束角。而且，多轴整体土工格栅100在单个外六边形110的边界内具有总共三十个约束角。因此，在其孔径范围内，多轴整体土工格栅100提供两种约束角，由此实现增强的集料约束。

下面的表C给出了用本发明的多轴整体土工格栅100可获得的节点定向、拉伸元件定向、开孔面积和平均孔径开孔面积与各种现有技术三轴整体土工格栅的那些特征的比较。

表C

如表C所示，当与相比时，本发明的多轴整体土工格栅100具有每平方米减少20％的部分定向的连接部115和增多56％的定向拉伸元件，包括定向股线120，定向肋145、150，和支承肋140、160，因此提供了每单位面积显著更高数量的供集料颗粒抵靠、约束和相互作用的物理元件，并且提供了每单位面积显著更低数量的对土工格栅接合、约束和稳定集料的能力贡献较小的物理元件，即，部分定向的连接部。此外，当与/>相比时，本发明的多轴整体土工格栅100具有每平方米减少47％的部分定向的连接部115，以及每平方米几乎相同量的定向拉伸元件，包括定向股线120，定向肋145、150，和支承肋140、160，但是具有更高数量的约束角。因此，这些特征提供了每单位面积大量的供集料颗粒抵靠、接合和相互作用的物理元件，但是每单位面积对土工格栅接合和稳定集料的能力贡献较小的物理元件的数量显著较少。

图16是示出图1所示的现有技术三轴整体土工格栅200的呈特定距离的六个约束元件的局部平面图。根据图16，现有技术三轴整体土工格栅200具有六个支承元件，即，围绕连接部235的六个定向股线205。

图17是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅100的呈相同特定距离的十二个约束元件的局部平面图。如图17所示，多轴整体土工格栅100具有12个支承(约束)元件，即，形成外六边形110的6根定向股线120，以及形成内六边形130的6根股线，即，两根定向肋145和4根定向肋150。也就是说，在具有类似“对边”距离的同比六边形尺寸中，多轴整体土工格栅100提供两倍数量的约束元件以在压实和运输期间抵抗径向载荷运动。因此，多轴整体土工格栅100提供了两倍的对集料运动提供同心状阻力的元件。

图18是示出了图1所示的现有技术三轴整体土工格栅200的18个均为相同角度的成角度拐角的局部平面图。如上所述，三轴整体土工格栅200具有单一的约束内角，即约60°的角。也就是说，在每个连接部235周围，三轴整体土工格栅200具有总共6个60°的约束角或拐角。而且，三轴整体土工格栅200在单个六边形的边界内具有总共18个60°的约束角或拐角。

图19是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅100的30个具有不同角度的成角度拐角的局部平面图。如上所述，由于具有支承在外六边形110内的内六边形130的几何结构以及5种不同的股线类型A、B、C、D和E，多轴整体土工格栅100具有60°和120°内角的组合。也就是说，在每个连接部115周围存在六个60°的约束角或拐角，并且在每个三节点135周围存在三个120°的约束角或拐角。而且，多轴整体土工格栅100在单个外六边形110的边界内具有总共30个约束角或拐角。因此，在其孔径范围内，多轴整体土工格栅100提供30个独立的(或独特的)约束角或拐角，具有两种不同的约束内角，这种特征的组合产生增强的集料约束。

图20是示出图2所示的本发明的多轴整体土工格栅的内六边形130的优选浮动特性的局部立体图。本发明包括弹性的(或悬置的)和可适应的内六边形130，其通过改变“平面外”刚度而在压实过程中更好地适应集料。浮动内六边形可在垂直Z轴方向上可相对移动，因此在压实过程中允许有意义程度的柔量或偏转。

在本发明的一个优选实施例中，内六边形130的这种垂直柔量或偏转可以高达周围外六边形110的最大厚度的大约33％。换句话说，如果部分定向的连接部(其是外六边形的最厚部分)的厚度是6mm，则浮动内六边形的平面外柔量或偏转可以高达大约2mm。这种弹性(或悬置的)柔量在由每个外六边形110界定的整个区域上延伸，外六边形具有较小程度的垂直柔量。已经令人惊奇地发现，内六边形的这种增强的弹性(或悬置的)柔量或偏转增强了本发明的多轴整体土工格栅100与集料互锁的能力。

如图29A所示，多轴整体土工格栅100的内六边形130能够向上弯曲(即浮动或变形)，即远离外六边形110的平面向外弯曲到距离“D”等于周围外六边形110的总厚度的约33％的程度(外六边形110的总厚度基本上是连接部115的厚度)。相应地，如图29B所示，多轴整体土工格栅100的内六边形130能够向下弯曲(即浮动或变形)，即远离外六边形110的平面向外弯曲到距离“D”等于周围外六边形110的总厚度的约33％的程度。

此外，如果路基是不平坦的，这种弹性(或悬置的)和可适应的内六边形130位于路基之上甚至是进一步垂直向上偏转的趋势提供了改善侧向约束的机会，并且当经受重复载荷时阻止集料在定向肋145、150和支承肋140、160上滚动，其中外六边形110形成集料必须经过的第二约束环。传统的现有技术多轴土工格栅，如三轴整体土工格栅200，缺少这种水平的弹性(或悬置的)柔量，因此只提供一种水平的约束。

图21是示出了与图1所示的现有技术三轴整体土工格栅200的单独的定向股线205相关联的较低柔量的局部区域的局部平面图。也就是说，因为单独的定向股线205连接部分定向的连接部235，所以现有技术三轴整体土工格栅200具有许多柔量较低的局部区域，并因此具有较小的弹性。

图22是示出了图2所示的本发明的多轴整体土工格栅100的与外六边形110的单独的定向股线120相关联的较低柔量的局部区域，以及重复的内六边形130的高弹性柔量区域的局部平面图。由于浮动内六边形130在外六边形110内垂直偏转的能力，多轴整体土工格栅100在每个相应的外六边形110内具有重复的高弹性柔量区域。

为了重复，如图21所示，传统的现有技术三轴土工格栅缺少在这种大面积上表征本发明的多轴整体土工格栅的柔量水平。这样，与现有技术三轴土工格栅相关的任何柔量都被限制在单独的肋上，这些肋由位于两端的连接部约束。相反，如图22所示，在每单位面积中，本发明的土工格栅具有约50％至约75％的显著垂直弹性的(或悬置的)柔量区域。这与传统的现有技术多轴土工格栅形成对比，如图21所示，其没有这种显著垂直柔量的区域。

在本发明的一个方面，多轴整体土工格栅100代表水平机械稳定土工格栅。包括通过部分定向的连接部115相互连接的多个外部的定向股线120的外六边形110的重复图案包括沿线性路径连续延伸贯通土工格栅的强轴股线，如图4中的线120A、120B和120C所示。从图4中可以看出，由通过部分定向的连接部115相互连接的外部的定向股线120形成的强轴股线，如图4中的线120A、120B和120C所示，连续延伸贯通整个土工格栅，而不会与外六边形内部相交。该特征为本发明的土工格栅提供了必要的强度和稳定性。在另一方面，从部分定向的连接部115向内延伸并与浮动内六边形的三节点135连接的支承肋140、160、或下文所述的由这种肋支承的其它几何构造包括“经设计的不连续部”或“浮动的经设计的不连续部”。

本发明还涉及一种制造上述多轴整体土工格栅100的方法。该方法包括提供聚合物的单层材料片材300；在聚合物的单层材料片材300中提供多个孔或凹陷部的重复图案310；以及对其中具有多个孔或凹陷部的重复图案310的聚合物的单层材料片材300进行定向以提供其中具有中心开口170、梯形开口180和三角形开口190的阵列的多个互连的定向股线120，定向肋145、150和支承肋140、160，互连定向股线和开口的重复的外六边形110内浮动六边形130图案，包括连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅100的三个线性股线。

通常，一旦制备了具有孔或凹陷部的聚合物的单层材料片材300，就可以根据上述现有技术专利中所述的方法和本领域技术人员已知的方法从单层材料片材300生产多轴整体土工格栅100。

如上所述，外六边形110和较小内六边形130的六边形几何形状是用于提供本发明的浮动几何构造的优选实施例。然而，在本发明的范围内，其它几何形状也是可能的。例如，几何形状可以是矩形或正方形，具有将外矩形或正方形的每个内角与较小的内矩形或正方形的相应外角连接的四个支承或连接股线。或者，几何形状可以是三角形，在外三角形的相邻内角和较小内三角形的外角之间仅有三个支承或连接股线。在本发明的范围内也可以考虑其它的多边形形状。

在前面段落中描述的本发明的矩形或正方形实施例中，优选地，对于每个外部矩形或正方形，存在由互连的定向股线和部分定向的连接部限定的在整个土工格栅上连续延伸的两种线性股线，这些连续的股线彼此以大约90°的角度延伸。在三角形实施例中，优选地，对于彼此以约120°延伸的每个外三角形，存在三种这样的线性股线，类似于本文详细描述的优选六边形实施例的定向股线120。

同样，在不脱离本发明的情况下，不同的几何形状也是可能的。例如，内部几何形状可以是在优选的外六边形形状内支承的圆环，其具有与这里公开的优选实施例类似的六个支承股线。因此，意指外部重复结构和内或内部浮动结构的几何形状不限于相同的几何形态。

如上文所述和附图所示，本文所公开的土工格栅实施例包括单层结构；因此，在图3中示出并结合图3描述的单层材料片材300的组合物包括单个聚合物或共聚物。

尽管上面已经描述了多轴整体土工格栅100的优选实施例，其中外六边形110围绕并支承较小的浮动内六边形130，但是本发明还设想外六边形110可以围绕并支承较小的内六边形130，而该较小的内六边形130不是浮动的或弯曲的(变形的)，而是保持在土工格栅的平面中。因此，根据本发明，图2、图4和图5中所示的并且由图3中所示的起始片材制成的多轴整体土工格栅100可以制成具有不浮动或不弯曲的较小的内六边形。因此，无论内六边形130是否能够浮动，本发明的重复的六边形内六边形图案都是相同的。

最后，显然优选的是，多轴整体土工格栅100的每个外六边形110在其内部包括如本申请所公开的浮动六边形130。另一方面，在不脱离本发明的范围和意图的情况下，可以通过改变一些单独的冲孔图案或其它方式来制造多轴整体土工格栅，在该土工格栅中，六边形130仅被外六边形110的一部分包围和支承，而其它外六边形支承不同的内部结构，例如包括在现有技术中的那种。只要这种改进的整体土工格栅包括一个或多个外六边形110，该外六边形围绕并支承浮动或非浮动的较小内六边形130，并限定了连续延伸贯通整个土工格栅的基本平行的线性股线的必需阵列，即，根据本文所包含的公开内容的强轴股线，目前认为这种改进的整体土工格栅落入本发明的范围内。

如上述“背景技术”部分所示，现有技术的土工格栅利用具有足够大的孔的概念，以使大部分集料颗粒在物理上“落入”孔的开放空间中。然后，随着/当从上方施加载荷时，土工格栅通过横向约束这些颗粒来提供益处。当从上方施加载荷时，集料颗粒试图向下和向外(横向)移动，并且土工格栅防止二者发生。因此，现有技术土工格栅的基本前提是集料颗粒需要“击穿”或“穿透”孔。现有技术的这种突破概念由Walsh HAR专利证实，由此用于促进“约束”的高/薄肋的高高宽比概念提供了对集料的横向扩散的甚至更好的抵抗力。

相反，本发明已经将沿着非连续股线的每隔一个连接部转换成开放的六边形或其它开放的几何构造。这种独特的构造产生至少两个有意义的改变。首先，本发明产生了一种孔结构，其中存在连接部，从而引入了一种其中存在“非约束元件”的“约束元件”。在优选实施例中，由内六边形形成的孔包括形成六边形的六个肋的产生，并且这些肋现在可用于与集料相互作用并支承集料，而被替换的连接部仅是用于土工格栅本身的“连接点”。第二，与图1和图16中所示的三轴土工格栅的三角形孔相比，本发明减小了图2和17中所示的六(6)个梯形孔的孔尺寸，以更好地保持和约束更宽尺寸和质量范围的集料。

因此，已经令人惊讶地发现，根据本发明的改进的土工格栅的“目标”不是如先前在现有技术中体现的那样使大部分集料颗粒落入孔中。相反，如下文报告的测试结果所示，本发明的土工格栅构造在每单位面积的土工格栅中产生比现有技术结构更多的功能元件(参见上表C)，并且本发明的目的不是使颗粒通过孔落下，而是使更多的集料颗粒部分地渗入更多的孔中。通过图25A和图25B的比较图说明了本发明与现有技术相比，土工格栅和将被约束在其中的集料颗粒之间的这种令人惊奇的新相互作用。

上述令人惊讶的发现通过以下测试和由此得到的结果得到证实。

示例性测试方法

测试1-保持

遵循公开的指导(例如，“坦萨安装指南IG/TriAx”，2020年10月19日)中概述的安装方法，使用小规模测试来模拟颗粒材料“倾倒(cascade)”在土工格栅上，以评估用于改善与颗粒材料相互作用的多轴土工格栅的性能。该小规模测试包括开口箱，在开口箱上方夹有大约350mm×350mm的土工格栅试样。然后通过“刷扫”动作将2kg的被分级至20mm至40mm粒度之间的颗粒材料倾倒在土工格栅上。20mm至40mm的颗粒分级在实验上代表了通常用于构建土木工程结构的分级，同时消除了与较小或较大颗粒尺寸相关的过度可变性。对于每次测试，测量由土工格栅“捕集”的颗粒材料的量和通过土工格栅落入下面的箱中的颗粒材料的量。对两个结果进行比较。更好地被设计成“捕集”颗粒材料的土工格栅将在土工格栅上保留更多的颗粒材料，并允许更少的材料落入土工格栅试样下方的开口箱中。典型的比较是在对每一种土工格栅类型进行10次重复测试的基础上进行的，使用相同的2kg成批的颗粒材料。

测试2-车辙

使用小规模测试来模拟良好建立的现场测试，以评估多轴土工格栅抗车辆交通引起的车辙的性能，例如以下描述的测试：Webster,S.L.；“用于轻型飞机的柔性路面的土工格栅增强的基层：测试部分构造、在运输情况下的行为、实验室试验和设计标准”，报告号DOT/FAA/RD-92，1992年12月。小规模测试被设计用于再现多轴土工格栅的运输性能的良好建立的现场试验的结果，并且包括由以下组成的测试部分：下方粘土路基、单层土工格栅和压实的颗粒地基。测试部分承受单个配重轮的载荷。轮沿着单个水平路径横穿测试部分，从测试部分的一端到另一端的方向不断地反向。不具有土工格栅的对照测试在这种测试下将迅速失败。例如，在未加固的测试部分上经过1000次或更少次的车轮之后，将形成深车辙。通过使用适当设计的多轴土工格栅作为加强件，与未加强的测试部分相比，对于给定数量的轮通过将出现减小的车辙深度。这种减小的车辙深度对土木工程结构的寿命有影响，并且可以比未加固结构延长这种寿命高达50倍。因此，根据本发明加固的道路或其它土木工程结构将具有增加的寿命和降低的维护要求。

结合本发明使用的上述小规模测试是与Walsh HAR专利(参见美国专利No.10,501,896，第10栏，第43-67行)中所描述且生成其中所报告的数据的相同的小规模测试。

示例-测试1(保持)

遵循所公开的指导中概述的安装方法，使用小规模试验来模拟颗粒材料“倾倒”到土工格栅上，以评估用于改善与颗粒材料相互作用的多轴土工格栅的性能。

可商购的现有技术土工格栅的样品(参见图23A)具有2000g的成批的颗粒材料，其在20mm至40mm粒度之间分级，并且倾倒在土工格栅的表面上。将通过土工格栅落入下方箱子中的材料以及保持在土工格栅上的材料称重。对于相同的样品重复该测试10次，并且在每次重复中使用相同的2000g成批的颗粒材料。

然后对标记为Lab 79的本发明的样品重复该实验(参见图23B)。Lab 79由与已测试的现有技术土工格栅相同的片材配方制成。使用用于评估现有技术/>土工格栅的相同的2000g成批的颗粒材料来评估Lab 79。

结果示于下表D中：

表D

上表D中所示的结果表明，与现有技术的多轴土工格栅相比，本发明的多轴土工格栅的所有几何元件的组合效应极大地提高了其与相同颗粒材料相互作用的能力。现有技术的土工格栅仅保持或捕集了倾倒在其表面上的材料的14％，而剩余的86％穿过土工格栅落下，本发明的土工格栅则捕集了96％的颗粒材料，只有4％穿过。根据本发明的土工格栅与颗粒材料相互作用的能力的这种非常大的改进在运输测试中有利于改进耐车辙性。

表D中报告的测试结果也显示在图26A和图26B中所示的箱形图中。从图26A中可以看出，非常大比例的2000g成批的颗粒材料如测试图在501处所示穿过土工格栅，并且仅小比例如测试图在502处所示保持在土工格栅上。与之显著不同的是，如图26B所示，仅有小部分的相同2000g成批的颗粒材料穿过本发明的土工格栅，如测试图在503处所示，而几乎所有的集料被保持住，如测试图在504处所示。

根据本发明，令人惊讶地发现，在标准保持测试中土工格栅“保持”集料的能力是比现有技术采用的“击穿/穿透”概念更好的预测器。更具体地，目前认为，对于任何特定的集料，在前述保持测试中，由土工格栅的至少50％的保持率应预测在包括所测试的土工格栅和所测试的集料的复合结构中的有效土工格栅。更优选地，保持性测试应显示大于75％的保持率，并且更优选至少90％或更多。

示例-测试2(车辙)

使用小规模试验以模拟良好建立的现场试验来评估多轴土工格栅的用于抵抗由于车辆运输引起的车辙的性能。

对下表E所示的样品进行运输测试。该表示出了在作为本发明主题的优选六边形内浮动六边形几何结构的八(8)次测试的数据，以及现有技术Walsh HAR专利几何结构的十八(18)次测试的数据。样品由这些相同的聚合物材料(聚丙烯)制成，相同的冲孔图案(除了额外的冲孔用于本发明的样品以形成内六边形)，以及类似的起始片材厚度范围，其产生的土工格栅样品标称具有相同的六边形对边(A/F)尺寸，如图27所示，这是图6(现有技术)中所示的现有Walsh HAR专利土工格栅以及图7中所示的本发明的土工格栅的副本。图6(现有技术)和图7在图28中再次再现，以阐明在相应的外六边形内的孔的尺寸。在图6(现有技术)的样品中，尺寸A、B和C＝33mm+/-3mm，并且在本发明的样品中：尺寸A＝35mm+/-3mm；尺寸B＝24mm+/-3mm；以及尺寸C＝30mm+/-3mm。现有技术的样品具有的肋高宽比远超过根据本发明制造的试样的肋高宽比。在表E中，使用图13和图14中所示的肋A进行比较。

表E

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表E中的数据可用于绘制肋高宽比与10,000次通过后表面变形的关系图，作为在耐车辙性方面的性能指标。在附图的图24中给出了上述图表，其中本发明的样本被标识为“InterAx”。

从图24可以明显看出，现有技术的多轴土工格栅表现出与现有技术的Walsh HAR专利的图5所示类似的性能。随着肋高宽比的增加，现有技术土工格栅的性能改善的趋势趋平。虽然1的肋高宽比将表面变形限制在约45mm的表面变形，但高宽比增加到2将变形减少到42mm。将高宽比增加到5，则变形被限制到40mm。

对于根据本发明主题的优选几何结构制造的土工格栅试样，1.4的高宽比将变形限制在40mm和30mm之间，而高宽比的增加到2.6将变形限制在28mm和22mm之间。该测试数据表明，本发明相对于现有技术Walsh HAR专利的土工格栅的显著改进在于，本专利在土木工程应用中稳定和加强集料方面的适用性。

如从前述内容显而易见的，本发明的土工格栅由于其六边形内浮动六边形构造在土工技术应用中接合、约束和强化集料的独特结构和操作而提供了对现有技术土工格栅的显著改进。

更具体地，现有的商业现有技术土工格栅，与制造方法无关，已经利用了在定向肋/股线和它们的连接部和节点之间形成的孔开口的一种基本的重复形状和尺寸。已经使用了诸如矩形、正方形和三角形的形状。使用一种基本重复形状的孔也意味着在相交的连接部或节点处的两个相邻肋之间形成的角度在整个土工格栅中总是相同的。

此外，现有技术的土工格栅，与制造方法无关，在主要方向上具有重复的连续肋。在具有正方形或矩形孔的产品中，例如在前述Mercer专利中，这些肋将是正交的，并且通常以相对于机器方向0°和90°延伸。在具有三角形孔的产品中，例如在Walsh'112专利中，这些肋将取决于三角形的形式。在典型的等边三角形中，这些肋将以相对于机器方向30°、90°和150°延伸。

此外，现有的商业现有技术土工格栅，同样不论制造方法如何，通常具有大致相同的横截面积和高宽比的肋，而与它们所延伸的方向无关。

现有技术土工格栅的特征中的这些相似性意味着允许土工格栅改进作为包含土工格栅和颗粒材料的复合基质的一部分的土工格栅的性能的产品性质在整个土工格栅的主体中广泛地相似。在现有技术中涉及的这些特性将包括(但不排他地)孔稳定性模量、土工格栅的平面内和平面外刚度、平面内和平面外的肋弯曲刚度，孔开口面积、孔形状和肋高宽比。

因此，根据本发明，发现如果土工格栅在其重复几何结构以及其与包括复合基质的其它组分的颗粒材料更好地结合的单独特征方面都有更大的变化，则可以改善复合基质中的土工格栅的性能。用作复合基质的组分的颗粒材料的大部分在形状或尺寸上不是均匀的，而是在尺寸范围内被“分级”，例如20至40mm、10至63mm、20至70mm等。传统常用颗粒材料的典型分级曲线在下面的“典型集料分级曲线”图表中示出。

随着传统的颗粒材料变得越来越稀缺和越来越昂贵，在建筑中使用的颗粒材料的更宽变化性范围变得越来越盛行。由于需要最小化与传统高质量天然集料的采石相关的环境影响，例如采石天然集料的能量和环境影响、关闭采石活动的压力、将采石材料运输到现场的影响、对于利用本地可获得的颗粒材料或回收材料的更大的需求，在很大程度上驱动这种盛行。

因此，令人惊讶地发现，本发明的多轴土工格栅与前述较差质量和更多变化的颗粒材料一起表现得更好，并且与现有技术的商业土工格栅相比，它们还与传统的分级良好的颗粒材料一起表现得更好。本发明的土工格栅构造的性能优于现有技术土工格栅，并且不再服从与Walsh HAR专利的高高宽比现有技术土工格栅所存在的相同的“收益递减”规则。尽管在特定的应用中，在现有的商用土工格栅中，相对于预期的集料的孔的尺寸必须被优化，但是孔的形状、尺寸和内角在各个不同配置的土工格栅的宏观和微观水平内都是相同的，并且具有这样的趋势，基于重复的等边三角形图案的土工格栅的性能优于基于矩形或正方形开口的那些。相反，根据本发明，多轴土工格栅具有包括不同形状和尺寸的孔、多种约束角的重复几何结构，并且由不同长度、高度和宽度的肋形成，其中肋优选具有大于1.0的高宽比；并且对于一些肋，即，强轴股线，以线性方式横向和对角地连续延伸贯通格栅，同时其它股线被中断以提供局部柔量区域，即，经设计的不连续部。

更具体地，通过新的几何结构和孔/开口尺寸和形状，已经令人惊讶地发现，本发明在容纳和稳定更多种类的集料方面实现了两个改进。首先，通过具有不同尺寸和形状的孔/开口，本发明的土工格栅能够更好地与源自采石场或采矿方法的、因其来源和处理而导致的各种尺寸和形状的“天然”矿物集料相匹配。第二，本发明的土工格栅更好地适应和稳定“非天然”集料替代物，诸如再生混凝土和玻璃，它们倾向于具有与天然集料不同的物理性能。尽管现有技术的土工格栅已经被构造成用于天然集料，但是本发明的几何结构能够成功地接合、约束和稳定天然集料和非天然集料。

此外，除了通过根据本发明制造的土工格栅获得的性能改进之外，还发现，相比于现有技术商业土工格栅(例如根据Mercer专利和Walsh HAR专利制造的那些)所遇到的成本，预计节省建筑材料成本，节省用于构建包括本发明的土工格栅的土工基质的时间，以及节省二氧化碳当量(CO2e),(参见https://www.sustainablebusinesstoolkit.com/difference-between-co2-and-co2e/)。根据目前的估计，并比较除具有高高宽比肋的Walsh HAR示例之外的具有类似物理特性的土工格栅，以及具有根据本文所述的本发明的优选几何结构的本发明的示例，相比于使用根据前述现有技术专利制造的土工格栅的成本，由根据本发明制造的土工格栅实现的成本节约可以高达10％至40％或更多，如下表F所示。

表F

如上所述，表F比较了常规的“无土工格栅”构造、根据原始Mercer的美国专利No.4,374,798的坦萨的商业化的双轴土工格栅构造、属于Walsh HAR专利的坦萨的商品化三轴土工格栅构造、和本发明的应用方案。为了进行相对比较，列出了每个比较土工格栅的集料层的标准厚度。计算是基于“车道km”，这是一种至少在英国和欧洲为标准的建筑业度量。“吨”是指公吨(等于2,200磅)。

上文描述和附图应该被认为是对本发明原理的说明。本发明可以构造成各种尺寸，并且不限于优选的六边形内六边形实施例的确切形状。此外，由于本领域技术人员可以容易地进行多种修改和改变，因此不希望将本发明限制于所描述和示出的确切构造和操作。相反，所有合适的修改和等同物都可以被采用，且落入本发明的范围内。

Claims (40)

1.一种多轴整体土工格栅，包括：

多个互连的定向股线和部分定向的连接部，它们形成其中具有开口阵列的外六边形的重复图案，

每一所述外六边形通过支承肋支承并围绕具有定向肋的内六边形，所述内六边形由六个三节点和所述定向肋形成无阻碍的开口，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接，以及

所述外六边形的所述定向股线和所述部分定向的连接部限定多个线性股线，所述多个线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅。

2.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述多个线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅，而不与外六边形的内部相交。

3.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述定向股线、所述支承肋和所述定向肋已被双轴拉伸。

4.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述内六边形能够在集料的压实过程中从所述土工格栅的平面向上和向下偏转出。

5.根据权利要求4所述的多轴整体土工格栅，其中，所述内六边形能够在所述集料的压实过程中从所述土工格栅的平面向上和向下偏转出所述部分定向的连接部的厚度的约33％。

6.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，定向的所述多轴整体土工格栅相对于三轴整体土工格栅的单孔面积分布、强度和刚度表现出更大的单孔面积分布和刚度。

7.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述定向股线、所述支承肋和所述定向肋形成具有重复的六边形、梯形和三角形形状的开口。

8.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，存在连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅的三个连续的强轴股线，所述股线彼此分开约120°。

9.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述土工格栅是单层。

10.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述土工格栅具有3mm至9mm的厚度。

11.根据权利要求10所述的多轴整体土工格栅，其中，所述土工格栅具有4mm至7mm的厚度。

12.根据权利要求7所述的多轴整体土工格栅，其中，所述开口提供与具有不同颗粒尺寸的颗粒材料的相互作用范围为至少200mm²。

13.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述定向股线、所述支承肋和所述定向肋具有至少1.0的高宽比。

14.根据权利要求1所述的多轴整体土工格栅，其中，所述定向股线、所述支承肋和所述定向肋具有大于1.86的高宽比。

15.根据权利要求4所述的多轴整体土工格栅，其中，所述内六边形能够向上和向下偏转多达周围外六边形的总厚度的33％。

16.根据权利要求4所述的多轴整体土工格栅，其中，所述内六边形能够在集料的压实过程中从所述土工格栅的平面向上和向下偏转出柔量区域的50％至75％。

17.一种用于制造多轴整体土工格栅的起始材料，所述起始材料包括聚合物片材，所述聚合物片材具有孔或凹陷部的图案，在所述片材被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部的图案提供三种不同形状的开口，所述聚合物片材形成多个互连的定向股线和部分定向的连接部，所述多个互连的定向股线和部分定向的连接部形成连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅的多个线性股线并形成其中具有开口阵列的外部几何形状的重复图案，所述外部几何形状通过支承肋支承并围绕具有定向肋的内部几何形状，所述内部几何形状由多个三节点和所述定向肋形成无阻碍的开口，并被设置为相对于所述外部几何形状浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接。

18.根据权利要求17所述的起始材料，其中，当所述片材被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部的图案提供开口的重复的六边形内的定向肋形成的六边形图案。

19.根据权利要求17或18所述的起始材料，其中，所述三种不同形状的开口是重复的六边形、梯形和三角形形状。

20.根据权利要求17或18所述的起始材料，其中，所述聚合物片材具有3mm至10mm的初始厚度。

21.根据权利要求20所述的起始材料，其中，所述聚合物片材具有5mm至8mm的初始厚度。

22.根据权利要求17所述的起始材料，其中，所述多轴整体土工格栅是权利要求1至16中任一项的多轴整体土工格栅。

23.一种制造多轴整体土工格栅的方法，包括：

提供聚合物片材；

在所述聚合物片材中提供图案化的多个孔或凹陷部；以及

对其中具有图案化的多个孔或凹陷部的聚合物片材进行定向，以提供多个互连的定向股线和部分定向的连接部，所述多个互连的定向股线和所述部分定向的连接部形成其中具有开口阵列的外六边形的重复图案，每一所述外六边形通过支承肋支承并围绕具有定向肋的内六边形，所述内六边形由六个三节点和定向肋形成无阻碍的开口，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接，并且所述外六边形的所述定向股线和所述部分定向的连接部限定多个线性股线，所述多个线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，其中具有图案化的多个孔或凹陷部的聚合物片材通过被双轴拉伸而被定向。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述聚合物片材具有3mm至10mm的初始厚度。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述聚合物片材具有5mm至8mm的初始厚度。

27.根据权利要求23所述的方法，其中，所述开口具有重复的六边形、梯形和三角形形状。

28.根据权利要求23所述的方法，其中，所述多轴整体土工格栅是权利要求1至16中任一项的多轴整体土工格栅。

29.一种提供多轴整体土工格栅构造的方法，包括：

双轴拉伸起始材料，以提供多轴整体土工格栅，所述起始材料是在其中具有图案化的多个孔或凹陷部的聚合物片材，所述多轴整体土工格栅具有多个互连的定向股线和部分定向的连接部，所述多个互连的定向股线和所述部分定向的连接部形成在其中具有开口阵列的外六边形的重复图案，每一所述外六边形通过支承肋支承并围绕具有定向肋的内六边形，所述内六边形由六个三节点和定向肋形成无阻碍的开口，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接，并且所述外六边形的所述定向股线和所述部分定向的连接部限定连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅的多个线性股线；以及

将所述多轴整体土工格栅嵌入颗粒材料堆中。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述多个线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅，而不与外六边形的内部相交。

31.根据权利要求29或30所述的方法，其中，所述开口具有重复的六边形、梯形和三角形形状。

32.根据权利要求29或30所述的方法，其中，所述多轴整体土工格栅是权利要求1至16中任一项的多轴整体土工格栅。

33.一种多轴整体土工格栅，包括：

多个互连的定向股线和部分定向的连接部，它们形成具有开口阵列的外六边形的重复图案；

每一所述外六边形通过支承肋支承并围绕具有定向肋的内六边形，所述内六边形由多个三节点和定向肋形成无阻碍的开口，与所述外六边形相同或不同，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接；以及

所述外六边形的所述定向股线和所述部分定向的连接部形成至少两组基本平行的线性股线，所述线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅。

34.根据权利要求33所述的多轴整体土工格栅，其中，所述内六边形在所述外六边形内是柔性的或不是柔性的。

35.一种经加固和稳定的复合土壤结构，包括：

颗粒材料堆；以及

多轴整体土工格栅，所述多轴整体土工格栅嵌入所述颗粒材料中并与所述颗粒材料接合，并且具有多个互连的定向股线和部分定向的连接部，所述多个互连的定向股线和所述部分定向的连接部形成其中具有开口阵列的外六边形的重复图案，

每一所述外六边形通过支承肋支承并围绕具有定向肋的内六边形，所述内六边形由六个三节点和定向肋形成无阻碍的开口，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接，以及

所述外六边形的所述定向股线和所述部分定向的连接部形成多个线性股线，所述多个线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅。

36.一种多轴整体土工格栅，包括：

多个互连的定向股线和部分定向的连接部，它们形成其中具有开口阵列的外六边形的重复图案，

每一所述外六边形通过支承肋支承定向内部几何构造，其中，所述定向内部几何构造由多个三节点和定向肋形成无阻碍的开口，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与所述支承肋和两个所述定向肋相连接，

所述定向股线、所述部分定向的连接部、所述支承肋和所述定向内部几何构造形成在整个多轴整体土工格栅中重复的至少三种不同的几何构造，以及

所述外六边形的所述定向股线和所述部分定向的连接部限定多个线性股线，所述多个线性股线连续延伸贯通整个所述多轴整体土工格栅。

37.根据权利要求36所述的多轴整体土工格栅，其中，所述三种不同的几何构造是六边形、梯形、三角形。

38.一种确定与集料相关的土工格栅的性能的方法，所述方法包括：

用权利要求1-16、33-34或36中任一项的多轴整体土工格栅和一定量的所述集料进行标准化保持测试；以及

确定所述土工格栅在所述测试期间是否捕集所述集料的至少50％。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，对于所述捕集的确定是至少75％。

40.根据权利要求38所述的方法，其中，对于所述捕集的确定是大于90％。