CN115151401B - 具有多孔层结构的多层整体土工格栅及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

包括一个或多个多孔层的多层整体土工格栅具有通过部分定向的多层连接部连接的其中具有开口阵列的多条定向多层股线。具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅通过对多层聚合物起始片材进行共挤出或层压而制成。整体土工格栅具有多层构造，其至少一个外层具有多孔结构。由于多孔层结构，多层整体土工格栅在载荷下提供了更大的层竖直可压缩性，从而致使增强的材料性能，这为使用多层整体土工格栅来稳定和加固土壤、集料或其它颗粒材料提供了性能益处。

Description

具有多孔层结构的多层整体土工格栅及其制造和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及2021年6月23日提交的题为“多轴整体土工格栅及其制造和使用方法(Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same)”的第17/355,843号美国专利申请以及2021年6月24日提交的题为“多轴整体土工格栅及其制造和使用方法(Multi-Axial Integral Geogrid and Methods of Making and Using Same)”的第PCT/US2021/038863号国际专利申请并且要求它们的优先权，这两个申请进一步涉及2020年6月24日提交的题为“多轴整体土工格栅及其制造和使用方法(Multi-AxialIntegral Geogrid and Methods of Making and Using Same)”的第63/043,627号美国临时专利申请并且要求其优先权，本申请还涉及2021年2月26日提交的题为“具有多孔层结构的多层整体土工格栅及其制造和使用方法(Multilayer Integral Geogrids Having aCellular Layer Structure,and Methods of Making and Using Same)”的第63/154,209号美国临时专利申请、2021年2月26日提交的题为“具有改善土工相互作用的水平机械稳定土工格栅(Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with ImprovedGeotechnical Interaction)”的第63/154,588号美国临时专利申请并且要求它们的优先权。本申请还涉及与本申请同时提交的题为“具有改善土工相互作用的水平机械稳定土工格栅(Horizontal Mechanically Stabilizing Geogrid with Improved GeotechnicalInteraction)”的专利申请。所述申请的公开内容通过参考以其整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于结构或工程加固和稳定以及其它土工目的的整体土工格栅和其它定向的格栅。更具体地，本发明涉及这样的整体土工格栅，其具有多层构造，包括具备多孔结构的一个或多个层，所述多层构造为整体土工格栅提供了增强的竖直可压缩性和增强的摩擦特性。本发明还涉及这样的整体土工格栅，其能够接合和稳定更多种类的和更大质量范围的集料以及具有如本文所公开的其它所需特性。本发明还涉及将本发明的整体土工格栅结合其中的地面构造，其特征在于增强的工程行为和特性，例如密度、刚度、强度和延展性。

本发明还涉及制造具有一个或多个多孔层的这种多层整体土工格栅的方法。最后，本发明涉及将这种多层整体土工格栅用于土壤和颗粒的加固和稳定的用途以及这种加固和稳定的方法。

为了本发明的目的，术语“整体土工格栅”旨在包括通过以下制成的整体土工格栅和其它整体格栅结构：对呈具有所需厚度并且具有在其中制造或形成的孔或凹陷部的片材或类似片状形状的聚合物起始材料进行定向(即，拉伸)。

背景技术

这样的聚合物整体格栅结构已被制造和销售了超过35年，该聚合物整体格栅结构具有由基本上平行的定向股线以及它们之间的连接部的各种几何图案限定的网孔，例如整体土工格栅。这种格栅通过以下来制造：对具有孔或凹陷部的特定图案的整体铸造起始片材进行挤压和形成，之后对片材进行可控的单轴或双轴拉伸和定向以形成高定向股线(在下文中有时也称为肋)和部分定向的连接部，所述股线和连接部限定由孔或凹陷部形成的网孔。片材在单轴或双轴方向上的这种拉伸和定向导致了股线的拉伸强度和模量。这些整体定向的聚合物格栅结构可以用于保持或稳定任何合适形式的颗粒材料，例如土壤、泥土、沙子、粘土、砾石等，并且将它们保持或稳定在任何合适的位置，例如在道路或其它路堑或路堤的侧面、在道路表面和跑道表面等之下。

已经试验了孔的各种形状和图案，以实现更高的强度与重量比，或者在制造工艺中实现更快的处理速度。定向是在受控的温度和变形速率下完成的。该工艺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的第4,374,798号、Mercer的第4,590,029号、Mercer和Martin的第4,743,486号、Mercer的第4,756,946号以及Mercer的第5,419,659号美国专利中所详细描述的那样，首先挤出起始聚合物片材材料，然后冲孔以形成孔或凹陷部的所需限定图案。然后通过对冲孔的片材材料进行所需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”，或单独地称为“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，完全革新了对由粒状或颗粒材料构成的地面、道路下面层和其它土木工程结构进行加固的技术。

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，该聚合物起始片材优选地为约1.5mm(0.059055英寸)至4.0mm(0.15748英寸)厚并且具有孔或凹陷部的图案，该孔或凹陷部的中心位于行和列的基本为正方形或矩形的假想网格上，并且对起始片材进行单轴或双轴拉伸，使得股线的定向延伸进连接部，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关于片状材料的中间平面对称。

在Hureau的第3,252,181号、Hureau的第3,317,951号、Hureau的第3,496,965号、Beretta的第4,470,942号、Beretta的第4,808,358号、以及Beretta的第5,053,264号美国专利中，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的Walsh的第7,001,112号美国专利(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。

在Walsh的第9,556,580号、Walsh的第10,024,002号和Walsh的第10,501,896号美国专利中公开了另一种整体土工格栅，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。上述的Walsh的第9,556,580号、第10,024,002号和第10,501,896号美国专利公开了一种整体土工格栅，其具有本领域技术人员已知的、大于1.0的高高宽比，高宽比即股线横截面的厚度或高度与股线横截面的宽度之比。虽然已经表明，通过使用具有高宽比大于1.0的肋的土工格栅结构，可以改善多轴整体土工格栅的性能，但是高宽比的增加伴随着所需聚合物总量的增加，从而增加了土工格栅的重量和成本。

传统上，在整体土工格栅的生产中使用的聚合物材料是高分子量均聚物或共聚物聚丙烯以及高密度、高分子量聚乙烯。向这些聚合物中加入各种添加剂，例如紫外线抑制剂、炭黑、加工助剂等，以实现所需的最终产品中的效果和/或制造效率。

而且，传统上，用于生产这种整体土工格栅的起始材料通常是具有单层构造的基本上单平面的片材，即，聚合物材料的均匀单层。

尽管由上述常规起始材料生产的整体土工格栅表现出通常令人满意的性能，但是，生产在结合到地面构造中时提供相对较高程度的刚度以适于某些应用如土工合成加固的要求，或者具有特定土工合成应用所需的其它性能的整体土工格栅，在结构上和经济上是有利的。

因此，需要这样的起始材料，所述起始材料不仅适合于与整体土工格栅的生产相关的工艺限制，而且一旦整体土工格栅已经生产并且处于使用中，提供比与常规土工格栅起始材料相关的更高程度的地面构造刚度，或者提供当前单层整体土工格栅不能获得的其它所需特性，例如，密度、强度和延展性。

此外，尽管由上述常规起始材料和常规配置生产的整体土工格栅可以表现出通常令人满意的性能，但是在结构上和经济上有利的是生产具有这样的结构和几何形状的整体土工格栅，该结构和几何形状能够接合和稳定更多种类和更大质量范围的集料，适于特定服务应用如土工合成加固的要求或者具有特定土工合成应用所需的其它性能。

意指本发明可应用于所有的整体格栅，而不考虑起始片材形成的方法或者将起始材料定向成整体土工格栅或格栅结构的方法。前述第3,252,181号、第3,317,951号、第3,496,965号、第4,470,942号、第4,808,358号、第5,053,264号、第7,001,112号、第9,556,580号、第10,024,002号和第10,501,896号美国专利的主题通过引用明确地并入本申请中，就好像公开内容以其整体在本文中被阐述一样。这些专利以说明性的方式被引用，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。

尽管利用目前的单层整体土工格栅可获得功能特性，但仍存在与现有技术的整体土工格栅相比尚未获得的性能改进。在第15/766,960号美国申请(以下称为“'960申请”；作为第2018/0298582A1号美国专利申请公开物而公开)中公开了一种这样的增强，其中所述第15/766,960号美国申请也转让给了坦萨国际有限公司。'960申请公开了共挤出的多层聚合物片材的各种实施例，作为制造整体土工格栅的起始材料。通过共挤出的多层起始材料构造，共挤出的多层片材组分在挤出和定向之后产生具有增强材料性能的整体土工格栅，其在土壤土工合成加固中提供性能益处。

在'960申请中公开的一个实施例是由共挤出的三层起始片材生产的三层整体土工格栅，其中定向的整体土工格栅的中间层具有膨胀的或“泡沫”结构。根据'960申请，膨胀的或泡沫多层结构的唯一优点是降低原材料成本和减少土工格栅重量，并且“可以包括泡沫层本身所需的物理和化学性质”。没有公开与膨胀的或泡沫多层结构相关的其它益处。'960申请的主题通过引用明确地并入到本申请中，就好像其公开内容以其整体在本文中被阐述了一样。

迄今为止，由当前生产/工艺技术制造的当前整体土工格栅产品可以产生具有所需属性和特征的多轴土工格栅产品；然而，当前的工艺/生产技术不允许在整个土工格栅的横截面内改变材料类型。结果，为了增强改善性能的所需物理、机械和几何性质，需要显著增加聚合物的量。

另外，当前的工艺/生产技术限制了在同时控制或不改变其它参数(如果改变的话，这些参数会降低性能)的情况下，增加或增强驱动性能的某些参数的能力。

此外，当前的工艺/生产技术没有解决在土工格栅结构的不同部分中使用不同的聚合物材料作为使性能最大化的手段。

因此，需要一种整体土工格栅，其允许在集料和土工格栅之间存在更好的“初始相容性”，从而在压实完成后使集料密度最大化并由此使通常在压实后和在“使用中”负荷的初始阶段时发生的任何可能的剩余集料移动或重新定位最小化。甚至更具体地，需要通过在载荷下提供更大的层可压缩性而具有上述属性的整体土工格栅。术语“初始相容性”在本文中用于表示在压实完成后最大化集料密度，从而最小化通常在压实之后和在“使用中”负荷的初始阶段时发生的集料的可能移动或定位。

发明内容

因此，本发明的目的是通过增强多轴整体土工格栅结构的某些物理、机械和几何形状特性来由多轴整体土工格栅提供改进的功能性能，所述多轴整体土工格栅结构例如通过修改和/或结合其它新的物理、机械和几何形状特性来改进功能性能。通过对在整体土工格栅结构的特定位置具有所需机械和物理性质的不同聚合物材料的量进行仔细地物理定位和操纵，以及通过优化土工格栅结构的所有其它物理参数，可以实现显著的性能改进。

本发明的另一个目的是提供一种多层整体土工格栅，其中对其层进行改性以减少所需的聚合物的量，通过将那些层中的聚合物从固体即连续的结构转化为根据本文所述的方法制备的多孔结构，即其中分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡、孔或其它类型的开口(即多孔开口)的结构。

更具体地，在提交'960申请之后，令人惊讶地发现，如果具有多孔结构的层的某些参数包括在土工格栅中，则可以实现集料与具有多孔结构的多层整体土工格栅的层之间的改进的初始相容性，如本文所公开的那样。这些参数包括：

1.根据本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的最小肋厚度或高度优选为约0.5mm至约6mm，更优选为约1.15mm至约4mm。

2.根据本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的肋的高宽比优选为约0.75至约3.0，更优选为约1至约2。

3.一个或多个多孔层在拉伸后在其最薄高度(可能是股线或肋的中间点)处的初始高度或厚度为约0.1mm至约4mm，并且更优选为约0.5mm至约3mm；

4.一个或多个多孔层的多孔开口包含所述一个或多个多孔层的按体积计至少20％，并且优选约30％至约50％；

5.一个或多个多孔层在载荷下具有至少20％，优选约30％至约50％的最小“可压溃性(crushability)”或高度降低；以及

6.一个或多个多孔层的高度或厚度为最终整体土工格栅的总高度的至少10％，优选为约20％至约35％。

通过在根据本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅中包括上述物理性质，在压实完成后，集料和土工格栅之间的初始相容性得到改善。并且，通过改进初始相容性，可以减少通常在“在使用中”负荷的初始阶段中的压实期间和之后发生的任何可能的剩余集料移动或重新定位。因此，在施工时更好地稳定和改善了道路或其它运输表面或者集料或土壤层，并且减少了在使用或负荷期间发生的任何变形或移动。

更具体地，通过使用具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅，本发明提供了改进的微观相互作用，因为可压缩聚合物层用于嵌套集料颗粒并促进和保持集料的最大性能。

此外，通过仔细地改变聚合物以降低用于制造多层整体土工格栅的挤出片材的一个或多个层中使用的聚合物的密度和/或体积，可以产生这样的整体土工格栅结构，该整体土工格栅结构具有与传统整体土工格栅相同的物理尺寸，但是使用较少的聚合物材料，因此成本较低。

因此，为了实现上述目的，本发明涉及具有多层构造的整体土工格栅，其至少一层具有多孔结构。这些多层土工格栅在本文中通常被称为具有至少一个具有多孔结构的层的整体土工格栅，或者更简单地，称为“具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅”。借助于具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅，本发明的多层整体土工格栅在载荷下提供了更大的层可压缩性以及其它所需的特性。

更具体地，具有多孔结构的一个层或多个层在其中包含多个多孔开口的分布，即空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡、孔或其它类型的开口。多孔结构可以与层的泡沫构造相关联，或者可以与遍布在层中的颗粒填料相关联，或者可以是在多孔层中产生多孔开口的任何其它方法。

并且，对于本发明的具有三个或更多层的实施例，其具有多孔结构的可压缩层优选地定位成至少作为多层整体土工格栅的两个外层(或外部或“盖”)。具有可压缩的两个外层存在独特的土工机械优点。一个重要的优点是：可压缩外层允许集料不仅穿过孔并被限制在孔中，而且嵌入在整体土工格栅表面的外层中，从而产生在本文中有时被称为“压溃配合”的现象。通过将集料“压溃配合”到整体土工格栅的多孔外层的表面中，整体土工格栅能够提供在载荷下对集料的增强的横向约束，通过经由多孔外层的表面的增强的摩擦特性阻止集料的移动，以及通过由集料颗粒部分地压入多孔外层的表面中而产生的粘结作用。

因为多孔外层的可压溃特性提供塑性和弹性变形，所以集料被推入外层中并结合到其表面中。同时，外层的表面被推回，从而增强了集料与多层整体土工格栅之间的结合和“压溃配合”。并且，根据本发明的某些实施例，多孔外层的可压溃特性可以具有与周围土壤产生化学键的潜力。通过将如本文所述的改进的几何形状与增强的工程化外层结构相结合，根据本发明的多层整体土工格栅通过对集料的改进的束缚和横向约束来提供增强的性能。

根据本发明的多层整体土工格栅的主要属性是一个多孔层或多个多孔层的可压缩性或可压溃性。例如，在上述三层实施例中，两个外多孔层的可压缩性对于允许集料被嵌入整体土工格栅的表面是重要的。理想地，每个可压缩层足够耐用以容许被嵌入颗粒物质中的过程(即，因为它将抵抗从其它层的分层，或碎裂)，并且将在载荷下压缩至少约20％。另外，可压缩层将回弹至少约85％。本发明的基本构思是：多孔层在嵌入过程中可压缩到足以容纳集料，但之后也“回弹”，随着可压缩多孔层推回集料以将多层整体土工格栅“结合”就位。压溃和回弹被认为通过摩擦和粘结特性改善了性能，从而改善了集料的横向约束。

此外，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的构造可以包括共挤出的层或层压的层。在具有多孔结构的层中产生多孔开口可以在挤出/层压或拉伸/定向或两者期间发生。

并且，所得到的多层整体土工格栅可以以如本文所述的多种重复几何图案中的任一种来构造，所述多层整体土工格栅包括具有多孔结构的一个层或多个层并且具有通过部分定向的多层连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向多层股线。

根据本发明，用于制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的起始材料包括其中具有孔或凹陷部的多层聚合物起始片材，当所述起始材料被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部提供成形开口的阵列。多层聚合物起始片材包括能够形成多孔结构的一个或多个层。这里详细描述两个优选实施例。在根据本发明的第一优选实施例中，能够形成多孔结构的层包含发泡剂，该发泡剂在对层进行挤出和/或对起始片材进行拉伸/定向时，形成作为最终多层土工格栅的一部分的多孔层(下文有时称为“泡沫实施例”)。

在根据本发明的第二优选实施例中，能够形成多孔结构的层包括分散在层中的颗粒填料，该颗粒填料在对起始片材进行拉伸/定向时在层中产生作为最终多层土工格栅的一部分的多孔结构(下文有时称为“填料实施例”)。根据优选的实施例，多层聚合物起始片材的层可以被共挤出，或可以彼此层压。

除了这里详细描述的两个优选实施例之外，本发明还预期为一个多孔层或多个多孔层产生多孔开口的、可以由本领域技术人员设计的其它方法，例如气体注入等，只要多孔层中的多孔开口符合本文所述的参数即可。

根据本发明的具体实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅包括通过部分定向的多层定向连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向多层股线。根据一个实施例，三层整体土工格栅具有插入在具有多孔结构的两个外层之间的非多孔层。根据另一个实施例，多层整体土工格栅具有插入在具有多孔结构的两个层之间的非多孔层的重复图案。根据又一实施例，多层整体土工格栅具有与具有多孔结构的相邻层相关联的非多孔层。

根据一个实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅是矩形土工格栅，该矩形土工格栅具有通过部分定向的连接部连接的限定矩形开口的定向股线的重复几何图案。根据另一个实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅是三轴土工格栅，该三轴土工格栅具有通过部分定向的连接部连接的限定三角形开口的定向股线的重复六边形几何图案。并且，根据另一个实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅是这样的土工格栅，该土工格栅具有通过部分定向的连接部连接的形成外六边形的定向股线的重复几何图案，每一外六边形围绕并支承六个内连接定向股线，该内连接定向股线形成为内六边形的形状并限定较小的六边形开口，在本文中称为“重复的六边形内浮动六边形图案”。本发明的具有“重复的六边形内浮动六边形图案”的这种实施例在本文中有时也被称为“六边形”实施例。

根据本发明的另一个实施例，地面构造包括通过在其中嵌入具有一个或多个多孔层并具有前述类型的重复几何图案的多层整体土工格栅而加固和稳定的大量颗粒材料。

根据本发明的另一个实施例，制备用于具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的起始材料的方法包括：提供具有一个或多个层的多层聚合物起始片材，并且在其中提供孔或凹陷部，所述一个或多个层能够形成作为最终多层土工格栅的一部分的、具有多孔结构的层，当所述起始材料被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部提供通过部分定向的多层连接部连接的限定开口的定向多层股线的重复几何图案。

根据本发明的另一个实施例，制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的方法包括：提供多层聚合物起始片材，所述多层聚合物起始片材具有一个或多个层，所述一个或多个层能够形成作为最终多层土工格栅的一部分的、具有多孔结构的这种层；在所述多层聚合物起始片材中提供孔或凹陷部；以及对其中具有孔或凹陷部的多层聚合物片材进行双轴拉伸，以便提供通过部分定向的多层连接部连接的其中限定开口的定向多层股线的重复几何图案。

并且，根据本发明的另一个实施例，加固大量颗粒材料的方法包括：在大量颗粒材料中嵌入多层整体土工格栅，所述多层整体土工格栅具有一个或多个多孔层并且具有通过部分定向的多层连接部连接的限定开口的定向多层股线的重复几何图案。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅，以便提供一种在载荷下具有更大的层可压缩性的整体土工格栅。具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅可以具有插入在具有多孔结构的两个层之间的非多孔层，可以具有插入在具有多孔结构的两个层之间的非多孔层的重复图案，或者可以具有与具有多孔结构的相邻层相关联的非多孔层。

因此，本发明的另一个目的是提供一种用于制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的起始材料。多层聚合物起始片材包括能够形成多孔结构的一个或多个层。在根据本发明的第一实施例，即泡沫实施例中，能够形成多孔结构的层包含发泡剂，该发泡剂在对层进行挤出和/或对起始片材进行拉伸/定向时形成作为最终多层土工格栅的一部分的多孔层。在根据本发明的第二实施例，即填料实施例中，能够形成多孔结构的层包含分布在层中的颗粒填料，该颗粒填料在起始片材的拉伸/定向时在层中产生多孔结构作为最终多层土工格栅的一部分。

本发明的另一个目的是提供一种由多层聚合物起始片材生产的多层整体土工格栅，其具有一个或多个多孔层，并具有通过部分定向的多层连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向多层股线。具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅可以是：矩形土工格栅，其具有通过部分定向的多层连接部连接的限定矩形开口的定向多层股线的重复几何图案；三轴土工格栅，其具有通过部分定向的多层连接部连接的限定三角形开口的定向多层股线的重复几何图案；或这样的土工格栅，其具有通过部分定向的多层连接部连接的限定外六边形的定向多层股线的重复几何图案，每一外六边形围绕并支承内定向六边形，即“重复的六边形内浮动六边形图案”。

本发明的一个相关目的是提供这样的几何形状，该几何形状能够比与现有土工格栅结构相关的几何形状接合并稳定更多种类和质量范围的集料，同时提供增强的可压缩性和其它所需的特性。

本发明的另一个目的是提供一种地面构造，其包括通过在其中嵌入具有一个或多个多孔层并具有如本文所述的重复几何图案的多层整体土工格栅而加固和稳定的大量颗粒材料。

本发明的另一个目的是提供制备用于具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的起始材料的方法，该方法包括：提供具有一个或多个层的多层聚合物起始片材，所述一个或多个层能够形成作为最终多层土工格栅的一部分的、具有多孔结构的层；以及在多层聚合物起始片材中提供孔或凹陷部，当所述起始材料被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部提供通过部分定向的多层连接部连接的限定开口的定向多层股线的重复几何图案。

多层聚合物起始片材可以通过对多个层进行共挤出或通过将多个层彼此层压来生产。

本发明的另一个目的是提供制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的方法，该方法包括：提供具有一个或多个层的多层聚合物起始片材，所述一个或多个层能够形成作为最终多层土工格栅的一部分的、具有多孔结构的这种层；在多层聚合物起始片材中提供孔或凹陷部；以及对所述多层聚合物起始片材进行双轴拉伸，以便提供通过部分定向的多层连接部连接的定向多层股线和开口的重复几何图案。制造上述矩形开口或三角形开口整体土工格栅的方法可以使用已知的土工格栅制造方法，例如在上述的第4,374,798号、第4,590,029号、第4,743,486号、第5,419,659号、第7,001,112号、第9,556,580号、第10,024,002号和第10,501,896号美国专利以及其它专利中所述的那些。制造上述具有通过部分定向的多层连接部连接的限定外六边形的定向多层股线的重复几何图案，每一所述外六边形围绕并支承定向内六边形，的整体土工格栅的方法可以采用如下所述的制造方法。

更具体地，本发明的一个目的是提供一种制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的方法，其中具有多孔结构的层通过以下来制备：首先在多层聚合物起始片材的能够形成这种层的层中提供泡沫构造，然后对多层聚合物起始片材进行定向以拉伸泡沫材料并产生多孔结构。

相应地，本发明的另一个目的是提供一种制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的方法，其中具有多孔结构的层通过以下来制造：首先将颗粒填料分散在多层聚合物起始片材的能够形成这种层的层中，然后对多层聚合物起始片材进行定向，以便拉伸颗粒填料的分散体，并在颗粒填料与聚合物层材料部分分离时产生多孔结构。

另外，本发明的另一个目的是提供一种加固大量颗粒材料的方法，该方法包括：在大量颗粒材料中嵌入多层整体土工格栅，该土工格栅具有一个或多个多孔层，并且具有通过部分定向的多层连接部连接的定向多层股线和开口的重复几何图案。

与根据本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅相关的许多优点本质上是变化的。

由于本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅不仅具有多层构造，而且包括具有多孔结构的至少一个层，因此整体土工格栅提供了多层整体土工格栅在载荷下的更大的可压缩性。

此外，本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的多层性质提供了整体土工格栅相对于现有单层整体土工格栅的整体更大的集料接合。此外，借助于一个或多个多孔层，本发明的多层整体土工格栅的特征在于结构柔量，即初始屈服或柔韧性，其致使更好的压实和更高的密度，并且当结合到地面构造中时，由于多层整体土工格栅的初始屈服，最终的整体土工格栅复合刚度更大。

此外，与现有技术的整体土工格栅相比，本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的某些实施例在所有股线上提供了更高的高宽比。因为与本发明的整体土工格栅的某些实施例相关的较高高宽比增加了集料的互锁，所以本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅可以更好地适应集料的不同的高宽比。

总之，根据本发明的多层整体土工格栅的多孔层在整体土工格栅产品中产生独特的物理和机械性能和行为。在集料向多层整体土工格栅中的放置和压实过程中，认为肋和节点中的可压缩多孔外层的性质以及土工格栅的其它科学设计的方面在集料和土工格栅之间提供了更好的初始相容性，从而在压实完成之后提高了集料密度，并且减少了通常在压实之后和在使用载荷的初始阶段时发生的任何可能的剩余集料移动或重新定位。虽然不试图受限制，但目前认为，根据本发明的多层整体土工格栅的前述初始相容性是减少土工格栅在使用中所发生的变形量的关键因素。例如，通过在试验室运输设备上的测试结果证明了与本发明相关的初始相容性的益处，在试验室运输设备中，需要明显更少的通过来实现根据本发明的多层整体土工格栅的稳定状态。此外，根据本发明的多层整体土工格栅的各种实施例的特征在于，与现有技术的土工格栅相比，用较少的材料实现了更大的肋高度，并且与现有技术的土工格栅相比，用较少的材料实现了更大的高宽比。由于更大的平面内肋柔性和柔韧性以及更大的平面外刚度，本发明的多层整体土工格栅提供了改进的土工格栅/集料相互作用，并因此提供了改进的接合。

因此，借助于一个或多个多孔层，本发明的多层整体土工格栅不仅提供了在载荷下更大的层可压缩性，而且作为集料稳定产品提供了增强的集料接合和约束。

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归属于如在下文中更全面地描述的构造和操作的细节，构成本文的一部分的附图被参考，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是根据本发明的一个实施例的具有两个外层的三轴三层整体土工格栅的截面的立体图，其中所述两个外层具有多孔结构，所述三轴三层整体土工格栅的截面图在近景中被强调。

图2示出用于图1所示的三轴多层整体土工格栅的、在其中形成孔或凹陷部之前的单平面三层聚合物起始片材。

图3是用于形成图1所示的三轴三层整体土工格栅的图2所示的起始片材的俯视立体图，该起始片材具有在其中冲孔所得的孔。

图4是图3所示的起始片材的一部分的立体剖视图。

图5示出根据本发明的另一个实施例的用于包括具有多孔结构的两个外层和最内层的三轴五层整体土工格栅的、在其中形成孔或凹陷部之前的单平面五层聚合物起始片材。

图6是与图5中所示的起始片材相关联的、包括具有多孔结构的两个外层和最内层的三轴五层整体土工格栅的一部分的立体剖视图。

图7是根据本发明的又一实施例的包括具有多孔结构的两个外层的矩形三层整体土工格栅的平面图。

图8是图7所示的包括具有多孔结构的两个外层的矩形三层整体土工格栅的立体图。

图9是用于形成图7所示的包括具有多孔结构的两个外层的矩形三层整体土工格栅的、具有形成在其中的孔的起始片材的俯视立体图。

图10是根据本发明的又一实施例的包括具有多孔结构的两个外层的六边形三层整体土工格栅的平面图。

图11是图10所示的包括具有多孔结构的两个外层的六边形三层整体土工格栅的立体图。

图12是用于形成图10所示的包括具有多孔结构的两个外层的六边形三层整体土工格栅的、具有形成在其中的孔的起始片材的俯视立体图。

图13是具有一个多孔层和一个非多孔层的六边形双层整体土工格栅的立体图。

图14示出用于图13所示的六边形双层整体土工格栅的、在其中形成孔或凹陷部之前的单平面双层聚合物起始片材。

图15是用于形成图13所示的六边形两层整体土工格栅的、在其中形成有孔的起始片材的俯视立体图。

图16是图12的起始片材中所示的孔的可能尺寸和间距的平面图。

图17A至图17E示出根据本发明的包括具有多孔结构的两个外层的三层整体土工格栅在所施加的载荷下的压缩机制假设。

图18A至图18C示出根据本发明的包括具有多孔结构的两个外层的三层整体土工格栅的两个外层在所施加的载荷下的柔韧肋机制假设，并且示出整体土工格栅的竖直和水平柔韧性。

图19示出说明基于常规单层整体土工格栅的起始片材的非弹性肋性能与根据本发明的包括具有多孔结构的两个外层的多层整体土工格栅的起始片材的弹性肋性能的比较的图形。

图20示出与诸如图1和图6所示的三轴多层整体土工格栅的三角形几何特征相关联的各向同性特性。

图21示出在三个方向上与连续肋相关联的各向同性特性，这是诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅的结构几何特征。

图22示出与诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅相关联的开口中央六边形在三轴土工格栅上的重叠区域。

图23示出与诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅相关联的开口中央六边形和六个肋元件。

图24是示出诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅的各股线长度的局部平面图。

图25示出类似于图10和图11所示的根据本发明的六边形三层整体土工格栅的更大的肋高度对表面变形的影响。

图26是与图25所示的测试结果相关的更大的肋高度对表面变形的影响的图表。

图27是汇总了与图25和图26所示的测试结果相关的更大的肋高度对表面变形的影响的表。

图28是相对于用实心单层土工格栅可实现的肋高度，用根据本发明的六边形三层整体土工格栅可实现的更大的肋高度的图表。

图29是相对于用实心单层土工格栅可实现的每单位面积的质量，用根据本发明的六边形三层整体土工格栅可实现的每单位面积减少的质量的图表。

图30是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的性能，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的改进性能的图表。

图31是汇总与在图30所示的测试结果中使用的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的结构数据的表。

图32是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的性能，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的改进性能的另一图表。

图33是汇总与在图32所示的测试结果中使用的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的结构数据的表。

图34是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的可压缩性，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的改进的可压缩性的图表。

图35是汇总产生与在图34所示的测试结果中使用的根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的特定压缩性所需的力的表。

图36是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的刚度，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的刚度的图表。

图37是汇总与在图36所示的测试结果中使用的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的应力和应变的表。

图38是示出诸如图10和图11所示的六边形三层整体土工格栅的各股线长度以及类似于图21所示的与左机器方向、右机器方向和横向方向相关的连续肋的局部平面图。

图39是与用于制造图38所示的六边形三层整体土工格栅的起始片材相关的孔的可能尺寸和间距的平面图。

图40是根据图11所示的本发明实施例的包括具有多孔结构的两个外层的六边形三层整体土工格栅的部分截面的侧剖视图。

图41示出根据本发明的各种实施例的用于测量整体土工格栅的可压缩性的试验装置。

图42示出说明使用图41所示的装置所得的、根据本发明的整体土工格栅的各种实施例与不包括具有多孔结构的层的整体土工格栅的可压缩性的比较的图表。

图43示出说明使用图41所示的装置所得的、根据本发明的整体土工格栅的各种实施例与不包括具有多孔结构的层的其它整体土工格栅的可压缩性的比较的图表。

图44示出根据本发明的各种实施例的用于测量整体土工格栅的位移的另一种试验装置板载荷测试装置(“PLTR”)。

图45示出说明使用图44所示的装置所得的、根据本发明的整体土工格栅的各种实施例与不包括具有多孔结构的层的其它整体土工格栅的位移的比较的图表。

图46示出说明使用图44所示的装置所得的、根据本发明的整体土工格栅的各种实施例与不包括具有多孔结构的层的其它整体土工格栅的位移的比较的另一个图表。

图47示出说明针对两种整体土工格栅而言，可压缩性对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较的图形，其中一种整体土工格栅包括具有多孔结构的层。

图48示出说明针对两个其它整体土工格栅而言，可压缩性对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较的图形，其中一种整体土工格栅包括具有多孔结构的层。

图49示出说明针对不包括具有多孔结构的层的两种整体土工格栅而言，基础几何形状对肋高宽比影响表面变形的能力的影响的比较的图形。

图50示出说明在类似地可压缩的整体土工格栅中，基础几何形状的益处的比较的表。

图51示出说明在类似地可压缩的整体土工格栅中，基础几何形状对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较的图形。

图52示出说明针对单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层在多层整体土工格栅中的位置对表面变形的影响的比较的表。

图53示出说明针对与图52相关联的单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层的位置对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较的图形。

图54示出说明针对与图52相关联的单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层在多层整体土工格栅中的位置对表面变形的影响的比较的另一个表。

图55示出说明针对与图52相关联的单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层的位置对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较的另一个图形。

图56示出说明针对具有与图52相关联的单个基础几何形状的根据本发明的整体土工格栅与不包括具有多孔结构的层的现有技术的土工格栅而言，具有多孔结构的层对表面变形的影响的比较的表。

图57示出说明针对具有与图52相关联的单个基础几何形状的根据本发明的整体土工格栅与不包括具有多孔结构的层的现有技术的土工格栅而言，具有多孔结构的层的可压缩性对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较的图形。

图58示出说明本发明的软泡沫实施例的压缩力与位移数据的关系的图形。

图59示出说明本发明的硬泡沫实施例的压缩力与位移数据的关系的图形。

优选实施例的详细描述

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构造和布置的细节。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，在描述优选实施例时，将为了清楚起见而采用术语。意图是，每个术语可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。

如本文所用，术语“多孔(cellular)”根据通常被接受的定义使用，即，涉及其中分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡、孔或根据本文所述的方法产生的其它类型的开口的材料。类似地，术语“非多孔(non-cellular)”是指不包含空隙、空腔、孔口、气泡、孔或根据本文所述的方法产生的其它类型的开口的材料，即，结果是具有本质上大体连续或固态的结构。提供多孔结构的前述空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡、孔或根据本文所述的方法产生的其它类型的开口在本文中有时称为“多孔开口”。

并且，如本文所用，术语“共挤出的(coextruded)”、“共挤(coextruding)”和“共挤出(coextrusion)”根据其通常被接受的定义使用，即，涉及从两种或更多种聚合物材料开始的过程，所述两种或更多种聚合物材料一起挤出并在单个模具中成型以形成多层片材。

也如本文所用，术语“层压的(laminated)”、“层压(laminating)”和“层压(lamination)”根据它们通常被接受的定义使用，即，涉及从两种或更多种聚合物材料片材开始的过程，所述聚合物材料片材在一个制造工艺中单独生产，然后在另一个制造步骤中彼此连接或粘结从而产生两个或更多个层的多层片材。

并且，如本文所使用的，术语“压溃配合(crush fit)”用于描述这样的材料，该材料可充分压缩，使得一旦施加足够的力，其将顺从、物理地适应和重新成形以匹配在其上方或顶上的任何更强和/或更硬材料的形状和纹理。

根据本发明的一个优选实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅具有插入在具有多孔结构的两个外层之间的非多孔层，以形成三层整体土工格栅。根据本发明的另一个实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅具有插入在具有多孔结构的两个层之间的非多孔层的重复图案。根据本发明的又一实施例，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅具有与具有多孔结构的相邻单层相关联的非多孔层。

更具体地，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅包括通过部分定向的多层连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向多层股线，每个定向多层股线和每个部分定向的多层连接部具有包括一个或多个多孔层的多个层，并且所述多个层沿着每个定向多层股线和每个部分定向的多层连接部而处于接触状态。

甚至更具体地，所述一个或多个多孔层在其中分布有多个空隙、空腔、孔口、气泡、孔或其它类型的开口。该多孔结构可以与层的泡沫构造相关联或者可以与遍布层中的颗粒填料相关联，以便在最终的多层整体土工格栅中产生多孔层的膨胀。

并且，还如本文中所使用的，术语“膨胀(expansion)”当用于描述前述一个或多个多孔层时，是指多孔层在形成根据本发明的多层整体土工格栅的各个阶段期间膨胀的能力。当用于描述前述一个或多个多孔层时，术语“膨胀的”是指在通过拉伸对土工格栅进行定向从而形成多层整体土工格栅之后多孔层的结构，其包括存在于多孔层中的多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡、孔或其它类型的开口即多孔开口的相关变形(包括尺寸的扩张)。

此外，多层构造可以包括共挤出的层，或者层压的层。具有多孔结构的层的膨胀可以在挤出/层压期间或者拉伸/定向期间发生，或在这两个期间发生。并且，所得到的具有一个或多个多孔层、并且具有通过部分定向的多层连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向多层股线的多层整体土工格栅可以构造成各种重复几何图案中的任何一种，例如本文所述那样。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的三层整体土工格栅200(这里是三轴整体土工格栅)包括设置在第一多孔外层210和第二多孔外层230之间的第三层，即非多孔内层220。

如上所述，第一多孔外层210和第二多孔外层230在其中包含多孔开口250的分布。多孔开口250可以与第一多孔外层210和第二多孔外层230的泡沫构造相关联，其中多孔开口在起始片材的共挤出期间最初地形成，并且随后通过在整体土工格栅的形成期间对穿孔的起始片材进行拉伸而在形状上变形，即在尺寸上扩张。或者，多孔开口250可以与分布在第一多孔外层210和第二多孔外层230中的颗粒填料相关联，其中在整体土工格栅的形成过程中，通过对穿孔的起始片材进行拉伸，在颗粒填料附近形成多孔开口。

根据第一多孔外层210和第二多孔外层230的泡沫实施例，本发明可以包括：使用发泡剂来提供膨胀的第一多孔外层210和膨胀的第二多孔外层230，即，各自具有多孔的泡沫结构。也就是说，根据本发明的通过共挤出(下面讨论)生产整体土工格栅的层的实施例，一种可行的方法是：将化学发泡剂与被挤出的聚合物混合以形成膨胀的第一多孔外层210和膨胀的第二多孔外层230。产生的使聚合物熔融的热量使化学发泡剂分解，这导致气体的释放。然后，气体分散在聚合物熔体中，并在离开模具时膨胀。结果，第一外层210和第二外层230发泡以产生多孔层，即具有多个多孔开口的层。与化学发泡类似，注入导致形成第一多孔外层210和第二多孔外层230的气体也被认为是根据本发明的该实施例的发泡工艺。

根据第一多孔外层210和第二多孔外层230的颗粒填料实施例，本发明应用颗粒填料的分散来提供膨胀的第一多孔外层210和第二多孔外层230，即，各自具有多孔结构。在第一多孔外层210和第二多孔外层230中包含这种颗粒填料会产生具有更厚(即更高的轮廓)的产品，这可使得在某些服务应用中整体土工格栅的性能增强。根据其中应用多层整体土工格栅的服务应用，这种颗粒填料可以包括例如CaCO₃(碳酸钙)、水合硅酸镁(滑石)、CaSiO₃(硅灰石)、硫酸钙(石膏)、硅藻土、二氧化钛、纳米填料(例如纳米粘土)、多壁碳纳米管(“MWCNT”)、单壁碳纳米管(“SWCNT”)、天然或合成纤维、金属纤维、玻璃纤维、白云石、二氧化硅、云母和水合铝中的一种或多种。

根据泡沫实施例和填料实施例两者，第一多孔外层210的构造材料和第二多孔外层230的构造材料可以彼此相同，或者可以彼此不同，尽管优选相同的材料。通常，非多孔内层220的构造材料不同于第一多孔外层210的构造材料和第二多孔外层230的构造材料。

本发明的可预期实施例包括：其中一个或多个泡沫层与一个或多个实心层结合使用的实施例，其中一个或多个填料层与一个或多个实心层结合使用的实施例，以及其中一个或多个泡沫层和一个或多个填料层与一个或多个实心层结合使用的实施例。

图2示出用于图1所示的具有一个或多个多孔层的三层整体土工格栅200的、在其中形成孔或凹陷部之前的单平面三层聚合物起始片材100。

如图2所示，多层聚合物起始片材100是本发明的三层片材实施例。即，优选地，片材100包括第一膨胀外层110、第二膨胀外层130和非多孔内层120。第一膨胀外层110和第二膨胀外层130布置在非多孔内层120的相对的平坦表面上，优选地以单平面或基本上单平面的结构布置。此外，尽管为了说明的目的示出片材100的三层配置，但是本发明可预期使用这样的片材，该片材包括以各种配置布置的多个层、具有各种厚度组合的多个层以及具有各种构造材料的多个层，所有这些都由其中使用整体土工格栅的特定应用所规定。例如，尽管为了说明的目的示出片材100的三层配置，但是本发明也可预期使用具有多于三层的片材。通常，层配置、层厚度和层的构造材料选择成不仅使得制造整体土工格栅变得容易，而且提供具有所需程度的可压缩性、刚度和其它性能特性的整体土工格栅。

此外，根据本发明的另一个实施例，多层整体土工格栅可以具有两个层，即，与具有多孔结构的单个相邻层相关联的非多孔层。土工格栅通常安装在诸如粘土、淤泥或沙子的土壤形成的顶部。所有上述材料都是“细颗粒的(fine grained)”材料，即，材料的特征在于其粒度是土工格栅孔的尺寸的非常小的部分。然后，通常将“大”(即，0.25英寸至3英寸直径)颗粒的粒状集料安装在土工格栅的顶部。假设可压缩层即多孔层最好地定位使得粒状集料被放置在可压缩层的顶部。认为使可压缩层与细颗粒的土壤接触是没那么重要的。因此，这种双层整体土工格栅在安装时将在底部具有实心层而在顶部具有可压缩层。

如图13所示(下面详细描述)，根据本发明的多层整体土工格栅1500具有与具有多孔结构的单个相邻层相关的上述非多孔层。也就是说，代替在两个多孔层之间设置非多孔层，根据本发明的双层整体土工格栅1500具有一个多孔层1510和一个非多孔层1520。如图14所示，与本发明的双层整体土工格栅实施例相关的双层聚合物起始片材1700包括膨胀外层1710和非多孔层1720。

如上所述，用作根据本发明的三层整体土工格栅的起始材料的三层聚合物起始片材100优选是穿通的，尽管也可以代替地使用形成在其中的凹陷部。根据在片材中形成凹陷部的实施例，凹陷部设置在片材100的每一侧上，即设置在片材的顶部和底部两者上。此外，凹陷部延伸到多层片材的每一层中。

根据本发明的优选实施例，三层聚合物起始片材100的总厚度为约2mm至约12mm，并且根据本发明的更优选实施例，片材100的总厚度为约4mm至约10mm。

关于片材层的单独厚度，根据本发明的优选实施例，第一膨胀外层110的厚度为约0.5mm至约4mm，非膨胀内层120的厚度为约0.5mm至约4mm，第二膨胀外层130的厚度为约0.5mm至约4mm，记住，起始片材100的总厚度为约2mm至约12mm。并且，根据本发明的更优选实施例，第一膨胀外层110的厚度为约1mm至约3mm，非膨胀内层120的厚度为约1mm至约3mm，第二膨胀外层130的厚度为约1mm至约3mm。

通常，起始片材的层本质上是聚合物的。第一膨胀外层110、非多孔内层120和第二膨胀外层130的聚合物材料可以彼此相同，或者可以彼此不同。优选地，第一膨胀外层110的构造材料和第二膨胀外层130的构造材料彼此相同。更优选地，非多孔内层120的构造材料不同于第一膨胀外层110的构造材料和第二膨胀外层130的构造材料。

例如，构造材料可以包括高分子量聚烯烃和宽分子量分布聚合物。如聚合物科学领域的技术人员已知的，术语“高分子量”聚烯烃是指具有如通过ASTM D1238-20测定为小于1的熔体流动速率(“MFR”；也称为熔体流动指数(“MFI”))的树脂。还已知的是，术语“宽分子量分布”聚合物是指具有分子链的树脂，所述分子链的尺寸可变并且通过分子量分布图上的宽二项式分布曲线来描述。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。并且，也可设想到，使用具有比上述高分子量聚烯烃和宽规格聚合物的成本更低的成本的一个或多个聚合物层。

根据本发明的优选实施例，第一膨胀外层110的构造材料和第二膨胀外层130的构造材料是宽规格聚合物，例如原始聚丙烯(“PP”)，或再循环PP，例如工业后PP或其它再循环PP。如本文所用，术语“宽规格聚合物”是指具有通过ASTM D1238-20测量的1至6的MFR(或MFI)和通过ASTM D4218-20测量的小于6％的灰分含量的聚合物。并且，根据相同的优选实施例，非多孔内层120的构造材料是高分子量聚烯烃，例如PP。然而，根据整体土工格栅的具体应用，多层聚合物起始片材100中可以包括具有不同于聚丙烯的构造材料的聚合物组分。

根据本发明，多层聚合物起始片材100可以通过层的共挤出来生产，例如在前述'960申请中所公开的，或者通过单独生产的层的层压来生产。例如，可以通过以下来实现单独生产的层的层压：再加热和软化每个单独生产的层的一个表面；一个在另一个上地进行层叠，使得再加热和软化的表面彼此相邻；然后施加压力，从而导致单独生产的片材彼此融合。

图3是用于形成图1所示的三轴三层整体土工格栅200的、在其中冲孔所得的孔140的图2所示的多层聚合物起始片材100的俯视立体图。图4是图3所示的三层聚合物起始片材100的一部分的立体剖视图。

图4中所示的孔140的尺寸和间距如Walsh'112专利中所公开的那样。根据图1，具有一个或多个多孔层的三轴三层整体土工格栅200包括高定向股线205和部分定向的连接部235，这也在Walsh'112专利中公开。三层聚合物起始片材100的第二膨胀外层130(如图3所示)已经被拉伸并定向成股线205和连接部235的第二多孔外层230。类似地，三层聚合物起始片材100的第一膨胀外层110已经被拉伸并定向成股线205和连接部235的第二多孔外层210。随着第二膨胀外层130和第一膨胀外层110被拉伸和定向，非多孔内层120也被拉伸和定向成股线205和连接部235的中间层220。

如上所述，尽管为了说明的目的示出多层聚合物起始片材100的三层构造，但是本发明还可预期具有超过三个层的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅，以及使用具有超过三个层的起始片材。

例如，起始片材可以是五层配置，如图5所示的多层聚合物起始片材400。起始片材400包括中间膨胀层420、第一非多孔内层410、第二非多孔内层430、第一膨胀外层440和第二膨胀外层450。第一非多孔内层410和第二非多孔内层430布置在中间膨胀层420的相对的平坦表面上，优选地以单平面或基本上单平面的配置布置。第一膨胀外层440和第二膨胀外层450分别布置在第一非多孔内层410和第二非多孔内层430的相对的平坦表面上，优选以单平面或基本上单平面的配置布置。

在图5所示的本发明的特定实施例中，多层聚合物起始片材400通过以下来制造：对形成中间膨胀层420的第一材料、形成第一非多孔内层410的第二材料、形成第二非多孔内层430的第三材料、形成第一膨胀层440的第四材料、以及形成第二膨胀外层450的第五材料进行共挤出或层压。

通常，中间膨胀层420、第一非多孔内层410、第二非多孔内层430、第一膨胀外层440和第二膨胀外层450的聚合物材料可以彼此相同，或者可以彼此不同。例如，中间膨胀层420可以具有第一构造材料，第一非多孔内层410和第二非多孔内层430可以具有第二构造材料，并且第一膨胀外层440和第二膨胀外层450可以具有第三构造材料。总之，根据使用由片材400制成的、包括具有多孔结构的一个层或多个层的五层整体土工格栅的特定服务应用，可以使用用于上述五个层的构造材料的各种组合。

图6是三轴五层整体土工格栅500的一部分的立体图，该三轴五层整体土工格栅500具有与图5所示的五层聚合物起始片材400相关联的三个或更多个多孔层。具有三个或更多个多孔层的三轴五层整体土工格栅500包括高定向的多层股线505和部分定向的多层连接部535。当在片材400中打孔之后，片材400的第一膨胀外层440和第二膨胀外层450分别被拉伸并定向成多层股线505和多层连接部535的第一多孔外层540和第二多孔外层550。类似地，片材400的第一非多孔内层410和第二非多孔内层430分别被拉伸和定向成股线505和连接部535的第一非多孔内层510和第二非多孔内层530。并且，随着第一膨胀外层440和第二膨胀外层450以及第一非多孔内层410和第二非多孔内层430被拉伸和定向，中间膨胀层420也同时被拉伸和定向成多层股线505和多层连接部535的中间多孔层520。

此外，与多层聚合物起始片材100(即，三层实施例)一样，具有五个层的多层聚合物起始片材400可以具有泡沫的或具有填料的膨胀层，并且可以通过共挤出或层压形成。

根据本发明的优选实施例，五层整体土工格栅500的总厚度从大约1mm到大约6mm，并且根据本发明的更优选实施例，五层整体土工格栅500的总厚度从大约1.5mm到大约3.5mm。

关于五层整体土工格栅500的各层的单独厚度，根据本发明的优选实施例，第一多孔外层540的厚度为约0.1mm至约2mm，第二多孔外层550的厚度为约0.1mm至约2mm，第一非多孔内层510的厚度为约0.1mm至约2mm，第二非多孔内层530的厚度为约0.1mm至约2mm，中间非多孔层520的厚度为约0.1mm至约2mm。

现在，转到具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的几何形状，本发明可预期至少三种一般类别：三角形(例如“三轴”)、矩形和六边形。

三轴膨胀的多层整体土工格栅200的几何形状如图1(三层)和图6(五层)所示。

在图7中示出具有一个或多个多孔层的矩形多层整体土工格栅700的几何形状。具有一个或多个多孔层的矩形多层整体土工格栅700包括高定向的多层股线705和部分定向的多层连接部710。如图8所示，具有两个或更多个多孔层的矩形三层整体土工格栅700包括设置在第一多孔外层710和第二多孔外层730之间的第三层，即非多孔内层720。与本文描述的三角形几何形状一样，第一多孔外层710和第二多孔外层730在其中包含多孔开口750的分布。多孔开口750可以与第一多孔外层710和第二多孔外层730的泡沫构造相关联，或者可以与分布在第一多孔外层710和第二多孔外层730中的颗粒填料相关联。

三层聚合物起始片材600(如下所述)的第二膨胀外层630已被拉伸并定向成多层股线705和多层连接部740的第二多孔外层730。类似地，多层聚合物起始片材600的第一膨胀外层610已被拉伸并定向成多层股线705和多层连接部740的第一多孔外层710。随着第二多孔外层730和第一多孔外层710被拉伸和定向，非多孔内层620也被同时拉伸和定向成多层股线705和多层连接部740的非多孔内层720。

图9是三层聚合物起始片材部分600的俯视立体图，其具有在其中穿孔的孔640并且用于形成图7和图8所示的矩形三层整体土工格栅700。多层聚合物起始片材600包括设置在第一膨胀外层610和第二膨胀外层630之间的第三层，即非多孔内层620。与本文描述的三角形几何形状一样，第一膨胀外层610和第二膨胀外层630在图7和图8所示的最终整体土工格栅700中形成多孔开口650的分布。

并且，与具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的三角形几何形状实施例一样，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的矩形实施例具有泡沫的或包含颗粒填料的多孔层。并且，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的矩形实施例的起始片材与前面针对三角形实施例所公开的相同，并且可以通过共挤出或层压形成。

最后，具有一个或多个多孔层的六边形多层(这里是三层)整体土工格栅1100的几何形状如图10和图11所示。开发具有一个或多个多孔层的六边形多层整体土工格栅的动力在于：其对于生产具有这样的结构和几何形状的整体土工格栅而言在结构上和经济上是有利的，该结构和几何形状能够接合和稳定适于诸如土工合成加固的服务应用的要求或具有特定土工合成应用所需的其它性质的广泛种类和质量范围的集料。

具有一个或多个多孔层的六边形多层整体土工格栅被设计成通过以下来改进三轴整体土工格栅：保持三轴几何形状的各向同性特性，同时显著增强集料支承和相互作用。六边形多层整体土工格栅相对于三轴几何形状和其它现有技术几何形状的关键改进涉及至少两个关键设计特征。首先，关于几何形状，六边形多层整体土工格栅通过以下来保持三轴几何形状的360度特性：在三个肋方向中的每一个上将每隔一个肋保持为连续的肋。然而，六边形多层整体土工格栅将沿着非连续肋的每隔一个节点从非功能元件(节点)转换为功能特征——包括六个新肋元件的新开口六边形。这六个新肋元件现在是功能特征，而不是一个非功能节点。开口六边形和六个肋元件显著增加了六边形多层整体土工格栅与集料相互作用并支承集料的程度。此外，六边形多层整体土工格栅的几何形状在三个方向上提供了连续的肋，这提供了360度的强度和稳定性。这是以各种方式完成的，包括，如上所述，将非功能节点转换为功能元件，以及通过并入较高的肋来改进宏观相互作用。

其次，根据本发明的一个实施例，共挤出的六边形多层整体土工格栅利用本文所述的多层构造和泡沫或填料增强。也就是说，由于共挤出的多层构造和外部两层的多孔结构，本发明提供了与可压缩聚合物的顶层和底层相关的微观相互作用，其中所述可压缩聚合物被设计成嵌套集料颗粒并促进和保持集料的最大性能。这种先进的共挤出工艺技术还在生产和制造中产生其它益处，例如由于同时挤出而改进层之间的附着力，在保持层之间适当的相对速度和剪切速率的同时控制多孔结构的产生，以及由于制造多层片材的单步工艺而降低成本。简而言之，将这些设计特征一起结合到六边形多层整体土工格栅中会产生比三轴土工格栅显著更好的性能，并且会产生允许仅以较小的增量成本增加来生产这种新型的和新颖的土工格栅的各种生产和制造益处。

为了获得相比于与现有土工格栅结构相关的几何形状而言接合和稳定更多种类和更大质量范围的集料的前述能力，同时提供多种程度的局部平面外和平面内刚度，本发明的具有一个或多个多孔层的六边形多层整体土工格栅具有形成重复的外六边形图案的、连接的定向多层股线和部分定向的多层连接部的重复图案，每一外六边形支承并围绕定向的多层内六边形以限定多轴整体土工格栅的三种不同形状的开口。为了提供附加的强度和稳定性，外六边形的几何形状形成了在三个不同方向上连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅的线性股线。

当这样形成时，内多层六边形包括六个定向多层股线，并且由六个定向的多层连接股线支承，所述六个定向的多层连接股线从外六边形的部分定向的多层连接部延伸到内六边形的相应角，以形成定向的多层三节点。多层三节点具有比多层连接部高得多的定向水平，并且趋向于完全定向。这种配置产生相对于外多层六边形结构悬置即浮动的内多层六边形。这种结构允许内多层六边形在集料的放置和压实期间相对于整体土工格栅的主平面向上或向下移动以便“浮动”或弯曲(即变形)，这增强了整体土工格栅接合和稳定集料的能力。如上所述，前述整体土工格栅结构在本文中被称为具有“重复的六边形内浮动六边形图案”的多层整体土工格栅，或者简单地称为“六边形”多层整体土工格栅。

现在参考图10和图11，具有一个或多个多孔层的六边形三层整体土工格栅1100包括其中具有开口阵列的多条连接的定向多层股线，连接的定向多层股线及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多层股线。这些连续延伸贯通整个多轴整体的线性多层股线构成强轴股线。更具体地，具有一个或多个多孔层的六边形三层整体土工格栅1100包括重复的每个外六边形1110内浮动内六边形1130的图案。外六边形1110包括通过部分定向的多层连接部1115连接的多条外定向多层股线或肋1120。内六边形1130包括通过多层三节点1135连接的多条定向多层连接股线1145和1150，并限定六边形中央开口1170。外六边形1110通过限定多个梯形开口1180的多条多层支承股线1140和1160连接到较小的内六边形1130。在每三个相邻外六边形1110图案的中央是三角形开口1190。如图所示，连接部1115比三节点1135大得多。

在本发明的六边形几何形状实施例的另一方面，从部分定向的连接部1115向内延伸并与浮动内六边形1130的三节点1135(或本文所述的那些其它内几何形状配置)连接的支承股线1140和1160构成“经设计的不连续部”或“浮动经设计的不连续部”，所述浮动内六边形1130由这样的支承股线所支承。

如图10所示，本发明的具有一个或多个多孔层的六边形三层整体土工格栅1100的另一特征是重复的外六边形图案的外多层股线1120的线性连续性质。也就是说，定向多层股线1120通过部分定向的多层连接部1115而线性连续，因为它们在三个不同方向上连续延伸贯通整个多轴整体土工格栅，所述三个不同方向彼此分开大约120°并且在图10和图11中由箭头120A、120B和120C表示。这些连续延伸贯通整个多轴整体的线性多层股线构成强轴股线。本领域技术人员将了解，在拉伸之后，如果对经穿孔的起始片材几何形状进行适当的对应旋转，那么相同基本几何形状的不同定向是可能的。多层股线1120的线性连续性质为本发明的具有一个或多个多孔层的六边形多层整体土工格栅提供了增强的强度和平面内刚度。

优选地，具有两个外多孔层的六边形三层整体土工格栅1100的在其最厚尺寸处(在连接部1115)的厚度为约1.5mm至约10mm，并且更优选地，多轴膨胀的三层整体土工格栅1100的这种厚度为约4mm至约8mm。

关于整体土工格栅的几何形状，图20示出与如图1和图6所示的三轴多层整体土工格栅的三角形几何特征相关联的各向同性特性。并且，图21示出在三个方向上与连续肋相关联的各向同性特性，这是如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅的结构几何特征。

另外，图22示出与诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅相关联的开口中央六边形在三轴土工格栅上的覆盖区域。并且，图23示出与诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅相关联的开口中央六边形和六个肋元件。

图24是示出诸如图10、图11和图13所示的六边形多层整体土工格栅的各股线长度的局部平面图。

另外，图38是示出诸如图10和图11所示的六边形三层整体土工格栅的各股线长度以及类似于图21所示的与左机器方向、右机器方向和横向方向相关的连续肋的局部平面图。图39是与用于制造图38所示的六边形三层整体土工格栅的起始片材相关的孔的可能尺寸和间距的平面图。并且，图40是根据图11所示的本发明实施例的包括具有多孔结构的两个外层的六边形三层整体土工格栅的部分截面的侧面剖视图。

现在，更具体地，回到图24，对于如图24所示的根据本发明的六边形三层整体土工格栅的一个实施例，多层整体土工格栅具有肋A的高度，该肋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1.97mm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的高宽比具有从1:1至3:1的宽范围，从1.5:1至1.8:1的优选范围，和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的高宽比具有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的长度具有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。主节点(Major Node)的厚度具有从1.5mm到10mm的宽范围，从3mm到8mm的优选范围，以及5.1mm的优选尺寸。

并且，如图40所示，对于根据本发明的具有布置在内部非多孔层的相对表面上的第一可压缩多孔外层和第二可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅的一个实施例，多层整体土工格栅具有以下：连接部(即，连接部1115；参见图11)下盖厚度(尺寸“A”)，其具有1mm至3mm的宽范围，1.5mm至2.5mm的优选范围，以及1.7mm的优选尺寸；连接部上盖厚度(尺寸“B”)，其具有1mm至3mm的宽范围，1.5mm至2.5mm的优选范围和1.7mm的优选尺寸；连接部中央芯厚度(尺寸“C”)，其具有1mm至3mm的宽范围，1.5mm至2.5mm的优选范围和1.7mm的优选尺寸；肋A(参见图24)的下盖厚度(尺寸“D”)，其具有从0.4mm至1mm的宽范围，从0.5mm至0.8mm的优选范围，以及0.7mm的优选尺寸；肋A的上盖厚度(尺寸“F”)，其具有从0.4mm至1mm的宽范围，从0.5mm至0.8mm的优选范围，以及0.7mm的优选尺寸；以及肋A的中央芯厚度(尺寸“E”)，其具有从0.4mm至1mm的宽范围，从0.5mm至0.8mm的优选范围，以及0.6mm的优选尺寸。

图12是三层聚合物起始片材1300的俯视立体图，其具有形成在其中的孔并且用于形成图10和图11中所示的具有两个外多孔层的六边形三层整体土工格栅1100。三层聚合物起始片材1300包括设置在第一膨胀外层1310和第二膨胀外层1330之间的第三层，即非多孔内层1320。

并且，与具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的三角形和矩形几何形状实施例一样，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的六边形实施例1100具有泡沫的或包含颗粒填料的多孔层。并且，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的六边形实施例的起始片材与本文前面针对三角形和矩形几何形状实施例所公开的相同，并且可以通过共挤出或层压形成。

用作根据本发明的具有一个或多个多孔层的六边形多层整体土工格栅1100的起始材料的多层聚合物起始片材1300优选是穿通的，尽管也可以代替地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。

如图12所示，三层聚合物起始片材1300包括孔1320和间隔1330的重复图案1310，当被定向后，孔1320和间隔1330提供图10和图11所示的六边形膨胀三层整体土工格栅1100的六边形内浮动六边形图案。

更具体地，根据本发明的优选的六边形三层整体土工格栅如图38所示，其还示出与左机器方向(“MD左”)、右机器方向(“MD右”)和横向方向(“TD”)相关联的连续股线(或“肋”)。如图38所示，根据本发明的整体土工格栅的六边形实施例的外六边形重复单元的“对边”(在本文中有时称为“A/F”)尺寸是外六边形的平行强轴股线之间的距离，即，在左机器方向、右机器方向和横向方向中的每一个方向上彼此平行延伸的强轴股线之间的距离。甚至更具体地，根据图10、图11和图38所示的本发明的六边形实施例的描述，A/F尺寸是任意平行股线1120之间的距离，即，在左机器方向、右机器方向和横向方向中的每一个上的距离。根据图38所示的六边形三层整体土工格栅的一个优选实施例，A/F尺寸，即从与外六边形的股线1120相关联的一个多层连接部1115(也参见图10和图11)到与外六边形的平行股线1120相关联的相对多层连接部1115的距离，为大约80mm。并且，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多层三节点1135(参见图11)到内六边形的相对的多层三节点1135的距离，为大约33mm。对于根据本发明的多层整体土工格栅的该优选实施例，总起始片材厚度具有2mm至12mm的宽范围，4mm至8mm的优选范围，以及5.5mm的优选尺寸。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的优选范围和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。

并且，通常，三层聚合物起始片材1300在性质上是聚合物的。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。并且，也可预期使用具有比上述高分子量聚烯烃和宽规格聚合物的成本更低的成本的一个或多个聚合物层。根据本发明的优选实施例，高分子量聚烯烃是聚丙烯。

根据本发明的优选实施例，六边形三层整体土工格栅1100的多层股线1120、1140、1145、1150和1160具有本领域技术人员已知的高高宽比，即，根据前述Walsh的专利，即第9,556,580、10,024,002和10,501,896号美国专利，多层股线横截面的厚度或高度与多层股线横截面的宽度的比率大于1.0。虽然对于本发明不是绝对必要的，但是股线或肋优选高高宽比。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，这使得改进了集料的互锁、侧向约束和束缚。

如本文所述，代替具有三个或更多层的上述实施例，根据本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅可以具有与单个相邻多孔层相关联的非多孔层。也就是说，如图13所示，根据本发明的六边形双层整体土工格栅1500具有一个多孔层1510和一个非多孔层1520。除了多层结构仅具有两个层，即多孔层1510和非多孔层1520之外，六边形双层整体土工格栅1500的其余元件如上面所描述那样。

如图14所示，与本发明的双层整体土工格栅实施例相关的双层聚合物起始片材1700包括膨胀层1710和非多孔层1720。膨胀层1710和非多孔层1720优选地布置成单平面或基本上单平面的配置。图15是双层聚合物起始片材1900的俯视立体图，该双层聚合物起始片材1900具有在其中冲孔的孔1940的图案并且用于形成图13所示的六边形双层整体土工格栅1500。

更具体地，根据图13，具有一个多孔层的六边形双层整体土工格栅1500包括重复的每一外六边形1510内浮动内六边形1530图案。外六边形1510包括通过部分定向的多层连接部1515连接的多条外定向多层股线或肋1520。内六边形1530包括通过多层三节点1535连接的多条定向多层连接股线1545和1550，并限定六边形中央开口1570。外六边形1510通过限定多个梯形开口1580的多条多层支承股线1540和1560连接到较小的内六边形1530。在每三个相邻外六边形1510图案的中央是三角形开口1590。如图所示，连接部1515比三节点1535大得多。

本发明还涉及制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的上述各种实施例的方法。

更具体地，本发明的目的是提供一种制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的方法，其中具有多孔结构的层通过以下来生产：首先提供泡沫构造，即多层聚合物起始片材的层中的多个多孔开口；然后对多层聚合物起始片材进行双轴定向，以拉伸泡沫材料并产生泡沫材料的变形多孔开口的分布。

相应地，本发明的另一个目的是提供一种制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的方法，其中具有多孔结构的每一层通过以下来生产：首先将颗粒填料分散在多层聚合物起始片材的层中；然后对多层聚合物起始片材进行双轴定向，以便拉伸颗粒填料的分散体并随着颗粒填料与聚合物层材料部分分离而产生多孔开口的分布。

例如，制造具有一个或多个多孔层的上述三轴多层整体土工格栅200的方法包括：提供多层聚合物起始片材100；在多层聚合物起始片材100中以选择的图案形成多个孔或凹陷部，例如根据Walsh'112专利的公开内容那样；以及对其中具有图案化的多个孔或凹陷部的多层聚合物起始片材进行双轴拉伸和定向以形成这样的多层整体土工格栅，该多层整体土工格栅具有一个或多个多孔层，并且具有在部分定向的多层连接部之间连接的多条定向多层股线并且将孔或凹陷部配置为格栅开口。

通常，一旦制备了具有孔或凹陷部的多层聚合物起始片材100，可以根据上述专利中所述的方法和本领域技术人员已知的方法从片材100生产具有一个或多个多孔层的三轴多层整体土工格栅200。

此外，对于制造具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的多轴的“重复的六边形内浮动六边形图案”实施例的方法，该方法包括：提供聚合物片材1300；在聚合物片材1300中提供图案化的多个孔或凹陷部1310；以及对其中具有图案化的多个孔或凹陷部1310的聚合物片材1300进行定向，以提供其中具有开口1170、1180和1190的阵列的多条连接的定向多层股线1120、1140、1145、1150和1160，连接的定向多层股线以及开口的重复的外六边形1110内浮动六边形1130图案，包括连续地延伸贯通包括具有多孔结构1100的一个或多个层的整个多轴多层整体土工格栅的三条线性多层股线。

通常，一旦制备了具有孔或凹陷部的起始片材1300，可以根据上述专利中所述的方法和本领域技术人员已知的方法从起始片材1300生产具有一个或多个多孔层的多轴多层整体土工格栅1100。

关于对多层整体土工格栅的层进行层压来替代使用共挤出，共挤出的类似物可通过以下方法之一获得，尽管所得产物很可能将不具有与优选的共挤出实施例相关的所有优点。首先，可以将单独铸造的起始片材的分离层挤出为单独的单层，每层具有所需的挤出材料配方。然后，在挤出后工艺中，可以通过以下工艺之一将这些层结合成整体铸造共挤材料的类似物。例如，可以采用胶粘/粘结工艺，其中，将合适的粘合剂施加到待粘结在一起的片材的表面，例如通过浸轧辊工艺；然后在合适的压力和/或热下将片材压在一起以产生粘结。在另一种方法中，可以采用加热/层压方法，其中，将合适的热源施加到待粘结在一起的片材的表面，例如通过感应加热的辊或气体；然后在合适的压力和/或热下将片材压在一起以产生粘结。在又一种方法中，可以采用机械焊接/粘结工艺，其中，通过例如超声波或摩擦焊接进行连续局部焊接。并且，在另一种方法中，可以采用化学焊接/粘结工艺，其中，将合适的溶剂引入待粘结在一起的片材的表面，例如通过浸轧辊工艺；然后在合适的压力和/或热下将片材压在一起以产生粘结。

如上所述，外六边形1110和较小的内六边形1130的六边形几何形状是用于提供本发明的浮动几何形状的优选实施例。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，其中，四条支承或连接股线将外矩形或正方形的每个内角连接到较小的内矩形或正方形的相应外角。或者，几何形状可以是三角形，其中，在外三角形的相邻内角和较小的内三角形的外角之间仅有三条支承或连接股线。

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，对于每个外矩形或正方形，存在连续延伸贯通整个土工格栅的两条线性股线，这种连续的股线彼此以大约90°的角度延伸。在三角形实施例中，对于每个外三角形，可存在彼此以大约120°延伸的三条线性股线，类似于本文详细描述的优选六边形实施例的线性股线1120。

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，内几何形状可以是通过与本文公开的优选实施例类似的六条支承股线支承在优选的外六边形形状内的圆环。因此，预期外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状。

图17A至图17E示出在载荷被施加的情况下根据本发明的具有一个或多个多孔层的三层整体土工格栅的压缩机理假设，该压缩机制假设与第一多孔外层1710和第二多孔外层1730中的多孔开口相关联。如图17A所示，在施加载荷之前，多孔开口1750和围绕它的聚合物1740不受干扰。随着加载开始(图17B)，围绕多孔开口1750的聚合物1740开始压缩。随着加载的继续(图17C)，围绕多孔开口1750的聚合物1740停止屈服，并且多孔开口1750开始压缩。随着更多的加载继续进行(图17D)，多孔开口1750甚至被更多地压缩，并且围绕多孔开口的聚合物1740开始再次屈服。最后，如图17E所示，当载荷被去除时，膨胀的多层整体土工格栅的肋被减压，由于多孔开口1750已经塌陷到一定程度保持了永久的多孔开口变形，以及围绕多孔开口的聚合物1740永久变形。

图18A至图18C示出具有一个或多个多孔层的三层整体土工格栅的膨胀的多孔层的柔韧肋机制假设。柔韧肋机制假设也与第一多孔外层1810和第二多孔外层1830中多孔开口的存在相关联，并且证明了整体土工格栅在施加载荷下的竖直和水平柔韧性。如图18A所示，在施加载荷之前，多孔开口1850和围绕多孔开口1850的聚合物1840不受干扰。当施加载荷时(图18B)，随着多孔开口1850开始变形，系统开始经受弹性压缩。最后，如图18C所示，当多孔开口1850开始压缩和致密化时，系统停止屈服。因此，由于存在于三层整体土工格栅的第一多孔外层1810和第二多孔外层1830中的多孔开口1850，实现了整体土工格栅在载荷下的竖直和水平柔韧性。

图19示出说明基于常规整体土工格栅的起始片材的非弹性肋性能与本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的起始片材的弹性肋性能的比较的图形。显然，具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的竖直和水平柔韧的肋有助于更优化的集料定位和致密化。膨胀的多层整体土工格栅的这一特征使得能够使用“大”肋，而不会使肋成为集料系统的“破坏者”。

现在，转到说明本发明的性能益处的附加试验结果，参见图25、图26和图27。图25示出对于类似于图10和图11所示的根据本发明的六边形三层整体土工格栅而言，在运输测试期间更大的肋高度对表面变形的影响。与图25相关联的三个样本中的每一个的唯一变化是起始片材的厚度，这必然决定整体土工格栅的所得肋高度。图26是与图25所示的测试结果相关的更大的肋高度对表面变形的影响的图表。并且，图27是汇总与图25和图26所示的测试结果相关的更大的肋高度对表面变形的影响的表。从图25、图26和图27所示的运输测试结果可以明显看出，随着肋高度增加，整体土工格栅的表面变形有利地减小。

此外，根据本发明的包括具有多孔结构的层的整体土工格栅具有其它有利的特征。图28是相对于用实心单层土工格栅可实现的肋高度，用根据本发明的六边形三层整体土工格栅可实现的更大的肋高度的图表。并且，对于与图28的结果相关的相同的整体土工格栅，图29是相对于用实心单层土工格栅可实现的每单位面积的质量，用根据本发明的六边形三层整体土工格栅可实现的每单位面积减少的质量的图表。从图28和图29可以明显看出，根据本发明的包括具有多孔结构的外“盖”层的整体土工格栅所具有的平均肋高度比实心单层土工格栅可实现的平均肋高度高出10％，同时其所具有的单位重量也比实心单层土工格栅的单位重量小11％。

现在，参见图30和图31，转到说明本发明的性能益处的另外的试验运输结果。图30是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的性能，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的改进性能的图表。图31是汇总与在图30所示的测试结果中使用的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的结构数据的表。对于具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅，与每个样本相关的起始片材具有6.2mm的厚度，对于实心单层土工格栅，与每个样本相关的起始片材具有6.3mm的厚度。从图30和图31所示的运输测试结果可以明显看出，具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅比实心单层土工格栅有利地具有更小的表面变形。实际上，就极限变形的运输测试通过的次数而言，本发明的具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅比实心单层土工格栅好大约9倍。

类似地，图32和图33给出了证明本发明的性能益处的试验运输结果。图32是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的性能，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的改进性能的另一图表。图33是汇总与在图32所示的测试结果中使用的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的结构数据的表。与图32和图33中的每个样本相关的起始片材较厚，对于具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅，厚度为7.5mm；对于实心单层土工格栅，厚度为7.5mm。从图32和图33所示的运输测试结果可以明显看出，具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅比实心单层土工格栅有利地具有更小的表面变形。实际上，就极限变形的运输测试通过的次数而言，本发明的具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅比实心单层土工格栅好大约5倍。

现在，转到本发明的整体土工格栅的可压缩性，图34是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的可压缩性，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的改进的可压缩性的图表。并且，图35是汇总产生与在图34所示的测试结果中使用的根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的特定压缩性所需的力的表。图34和图35所示的结果表明，与实心单层土工格栅相比，根据本发明的具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅需要明显更小的压缩力。更具体地，根据本发明的具有可压缩多孔外层的三层整体土工格栅所需要的压缩力的量相比于实心单层土工格栅在12％至54％之间。

现在，图36和图37呈现证明本发明的性能益处的应力-应变试验结果。图36是相对于用六边形实心单层土工格栅可实现的刚度，用根据本发明的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅可实现的刚度的图表。图37是汇总与在图36所示的测试结果中使用的具有可压缩多孔外层的六边形三层整体土工格栅以及六边形实心单层土工格栅相关的应力和应变的表。格栅A和C是根据本发明的具有三层可压缩多孔外层结构的样本。格栅E是具有实心单层结构的样本。从图36和图37可以明显看出，对于根据本发明的三层可压缩多孔外层结构，在刚度或强度上都没有损失。

现在，转到附加可压缩性的比较，图41示出用于测量整体土工格栅1100的样本的可压缩性的试验装置。该装置采用1.6mm宽的金属探针1910和施加125N力来压缩整体土工格栅1100的样本。如图42所示，根据本发明的包括具有多孔结构的层的整体土工格栅样本，即NX750、NX850和NX950，的可压缩性显著大于不包括具有多孔结构的层的样本，即TX160和六边形单层，的可压缩性。

并且，如图43所示，根据本发明的包括具有多孔结构的层的整体土工格栅样本，即六边形UK 7.5mm、NX750、NX850、六边形UK 5.45mm、NGA 4.5mm和NGB 5mm，的可压缩性和回弹能力都显著大于不包括具有多孔结构的层的样本，即TX5、TX7、BX 1200 MD、BX 1100 MD、BX 1100 TD、TX160和BX1200 TD，的可压缩性和回弹能力。

图44示出与确定可压缩性相关的、用于测量整体土工格栅样本的位移的另一个试验装置，即，板载荷测试装置(“PLTR”)。在测试中，将整体土工格栅样本铺设在4英寸集料层和泡沫层之间，其中，在泡沫层下方放置钢板。为了确定整体土工格栅样本的可压缩性，将1,000磅力施加到集料/整体土工格栅/泡沫堆叠体，10个循环。然后从装置中取出整体土工格栅样本并检查肋的可压缩性和表面损伤。

从使用图44所示的装置的测试中，在图45和图46中分别示出当使用软泡沫和硬泡沫时各种整体土工格栅样本的平均位移。关于在上述测试中使用的术语“软泡沫”和“硬泡沫”的含义，图58和图59分别呈现了说明这种软泡沫和硬泡沫实施例的压缩力与位移数据的关系的图形。为了产生图58和图59中所示的数据，具有测量为3英寸×3英寸的正方形金属板的装置经由能够适应样本的角度的旋转接头连接到测力装置(例如Instron测试机)，并且以能够以10mm/分钟的速度压缩泡沫样本的方式安装。该装置被设置成将样本支承在平坦水平板上。

从图45和图46可以明显看出，根据本发明的包括具有多孔结构的层的整体土工格栅样本，即NX750、NX850、NGA和NGB，的位移有利地小于不包括具有多孔结构的层的样本，即TX5、TX160和TX7，的位移。

现在转到运输试验结果，图47至图57给出了反映各种整体土工格栅结构特征和参数的试验数据，这些整体土工格栅结构特征和参数会影响整体土工格栅在使用时的结构变形。图47至图51及其各自的相关描述在这里被简单地表示为背景信息，即，作为描述发明人的研究和开发工作如何形成作为本发明实施例在本文中描述的整体土工格栅结构的方式。与本发明的所述实施例相关的试验数据呈现在图52至图57中。

关于背景信息，图47提供了可压缩性对两种整体土工格栅的肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较，两种整体土工格栅即单层整体土工格栅以及与包括具有多孔结构的一个层的共挤出的多层整体土工格栅。图47示出，在运输过程中，至少在方向上，包括具有一定程度的可压缩性的共挤出多层结构的整体土工格栅在表面变形与肋高宽比之间的关系方面具有一些益处。也就是说，对于具有一定程度的可压缩性的共挤出多层结构，在不采用非常高的高宽比的情况下获得较低的表面变形可能是有益的。

然而，转到图48，可压缩性对两种整体土工格栅的肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的另一个比较表明，根据整体土工格栅的几何形状，图47所示的益处可能不那么显著，两种整体土工格栅即单层整体土工格栅以及包括具有多孔结构的一个层的共挤出的多层整体土工格栅。在图47的测试中采用的整体土工格栅具有66mm的对边尺寸，而在图48的测试中采用的整体土工格栅具有80mm的对边尺寸。基本上，图48的数据表明，可以从优化材料特性和几何形状两方面获得一些益处，而对于典型的土工格栅应用中遇到的大多数颗粒材料来说，80mm的几何形状通常比66mm的几何形状更合适。

现在，转到仅基于几何形状的比较，图49示出针对不包括具有多孔结构的层的两种整体土工格栅而言，基础几何形状对肋高宽比影响表面变形的能力的影响，不包括具有多孔结构的层的两种整体土工格栅即三轴整体土工格栅以及如本文所述的六边形整体土工格栅。图49示出，在运输过程中，至少在方向上，具有六边形几何形状的整体土工格栅在表面变形和肋高宽比之间的关系方面具有一些益处。也就是说，对于六边形几何形状，在不采用非常高的高宽比的情况下获得较低的表面变形可能是有益的。最后，关于背景信息，图50提供了在类似地可压缩的整体土工格栅产品中的基础几何形状的益处的比较。即，图50示出，在运输过程中，对于其中每个土工格栅包括设置在非多孔结构的第一和第二外层之间的具有多孔结构的单个内层的三轴整体土工格栅和六边形整体土工格栅，使用六边形几何形状是有益的，因为它通过较低的肋高宽比提供了较低的表面变形。类似地，图51以图形方式提供了在类似地可压缩的整体土工格栅即上述三轴整体土工格栅和六边形整体土工格栅中，基础几何形状对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的比较。

现在，转到与本发明的各种实施例相关联的运输数据，图52至图57中所示的试验结果证明了利用具有如本文所述的多孔结构的第一和第二外层以及非多孔结构的内层的整体土工格栅所实现的益处。

图52提供针对单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层在多层整体土工格栅中的位置对表面变形的影响的比较。图53提供了针对与图52相关的单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层的位置对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的图形比较。从图52和图53可以明显看出，具有多孔结构的外层和非多孔结构的内层的、根据本发明的整体土工格栅在运输过程中比以具有多孔结构的层作为内层的整体土工格栅表现出更小的表面变形。

并且，图54提供了针对与图52相关联的单个基础几何形状而言，具有多孔结构的层在多层整体土工格栅中的位置对表面变形的影响的另一比较。对于与图52相关联的单个基础几何形状，相关联的图55表示具有多孔结构的层的位置对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的另一个图形比较。在图54和图55中报告的试验中，将具有外部多孔结构层的三层整体土工格栅的性能与具有两个“夹层式”内部多孔结构层的五层整体土工格栅以及具有没有多孔结构的单层的整体土工格栅进行比较。从图54和图55可以明显看出，在三个上述整体土工格栅结构中，根据本发明的具有多孔结构的外层和非多孔结构的内层的整体土工格栅在运输过程中表现出最小的表面变形。

最后，图56和图57给出了反映在整体土工格栅中结合根据本发明的整体土工格栅的各种特征的组合有益效果的试验数据。图56提供了针对具有与图52相关联的单个基础几何形状的根据本发明的整体土工格栅与不包括具有多孔结构的层的现有技术的土工格栅而言，具有多孔结构的层对表面变形的影响的比较。并且，相关的图57提供了针对具有与图52相关联的单个基础几何形状的根据本发明的整体土工格栅与不包括具有多孔结构的层的现有技术的土工格栅而言，具有多孔结构的层的可压缩性对肋高宽比与表面变形之间的关系的影响的图形比较。图56和图57显示出，通过利用共挤出优化几何形状和材料特性以及通过对具有可压缩多孔结构的层进行正确定位，根据本发明的整体土工格栅在集料表面变形方面提供了大约25％的减小。此外，上述结果是利用在现有技术的土工格栅的起始片材厚度的12％至28％之间的起始片材厚度来实现的。

总之，由于本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅不仅具有多层构造，而且其至少一个层由于在其中分布有多孔开口而具有多孔结构，因此整体土工格栅在载荷下提供了更大的层可压缩性。

此外，相对于现有单层整体土工格栅的集料接合力，本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的多层性质为整体土工格栅提供了整体更大的集料接合力。此外，借助于一个或多个多孔层，本发明的多层整体土工格栅的特征在于结构柔量，即初始屈服或柔韧性，这实现更好的压实和更高的密度，并且当结合到地面构造中时，由于多层整体土工格栅的初始屈服，最终的整体土工格栅复合刚度更大。

此外，与现有技术的整体土工格栅相比，本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅的某些实施例在所有股线上提供了更高的高宽比。因为与本发明的整体土工格栅的某些实施例相关的较高高宽比增加了集料的互锁，所以本发明的具有一个或多个多孔层的多层整体土工格栅可以更好地适应集料的不同的高宽比。

本发明的第一方面涉及一种多层整体式土工格栅，用于互锁、稳定和加固集料，所述多层整体土工格栅包括：通过部分定向的连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向股线，所述整体土工格栅具有各层为聚合物材料的多个层，其中，所述多个层中的至少第一外层和第二外层具有多孔结构，以改善土壤或集料与所述整体土工格栅之间的初始相互作用和相容性，从而使压实后的土壤或集料密度和/或额外性能最大化。

第一多孔外层和第二多孔外层可具有约20％至约70％的空隙体积。第一多孔外层和第二多孔外层可具有约20％至约60％的压缩系数。第一多孔外层和第二多孔外层可具有泡沫构造。泡沫可以与发泡剂或气体注入相关联。第一多孔外层和第二多孔外层可以具有包含颗粒填料的构造。颗粒填料可以是碳酸钙。多层整体土工格栅可以由共挤出的多层聚合物片材制成。多层整体土工格栅可以由层压的多层聚合物片材制成。定向股线可以是已被双轴拉伸。多层整体土工格栅可具有第一多孔外层、非多孔内层和第二多孔外层，其中第一多孔外层和第二多孔外层布置在非多孔内层的相对的平坦表面上。多层整体土工格栅可以是三轴整体土工格栅。多层整体土工格栅可以是矩形整体土工格栅。多层整体土工格栅可以是六边形整体土工格栅。

本发明的第二方面涉及一种用于制造多层整体土工格栅的起始材料，所述起始材料包括多层聚合物片材，所述多层聚合物片材具有各层为聚合物材料的多个层，所述多个层中的至少第一外层和第二外层具有能够在多层整体土工格栅的第一外层和第二外层中形成多孔结构的膨胀结构，多层聚合物片材中具有孔或凹陷部，当片材被双轴拉伸后，这些孔或凹陷部形成开口。

多层聚合物片材可以是被共挤出的。多层聚合物片材可以是被层压的。多层聚合物片材可以包括第一外层、不具有能够形成多孔结构的膨胀结构的内层和第二外层，其中第一外层和第二外层布置在内层的相对的平坦表面上。在实施例中，第一外层具有约0.5mm至约4mm的厚度，内层具有约0.5mm至约4mm的厚度，第二外层具有约0.5mm至约4mm的厚度。多层聚合物片材可具有约2mm至约12mm的初始厚度。多层聚合物片材可具有约4mm至约10mm的初始厚度。

本发明的第三方面涉及一种地面构造，包括大量颗粒材料，该大量颗粒材料通过在其中嵌入根据本发明第一方面的多层整体土工格栅而被加固。

本发明的第四方面涉及一种加固大量颗粒材料的方法，包括在大量颗粒材料中嵌入根据本发明第一方面的多层整体土工格栅。

本发明的第五方面涉及一种制造多层整体土工格栅的方法，该方法包括：提供多层聚合物片材，所述多层聚合物片材具有各层为聚合物材料的多个层，所述多个层中的至少第一外层和第二外层具有能够在所述多层整体土工格栅的所述第一外层和所述第二外层中形成多孔结构的膨胀结构；在所述多层聚合物片材中提供图案化的多个孔或凹陷部；以及对其中具有所述图案化的多个孔或凹陷部的所述多层聚合物片材进行双轴定向，以提供通过部分定向的连接部连接的多条定向股线，并且将所述孔或凹陷部配置为格栅开口，所述第一外层和所述第二外层具有多孔结构。

多层整体土工格栅的第一多孔外层和所述第二多孔外层具有泡沫构造。多层整体土工格栅的第一多孔外层和第二多孔外层可以包含颗粒填料。提供多层聚合物片材的步骤可以是共挤出。提供多层聚合物片材的步骤可以是层压。多层整体土工格栅可以包括第一多孔外层、非多孔内层和所述第二多孔外层，其中第一多孔外层和第二多孔外层布置在非多孔内层的相对的平坦表面上。在实施例中，第一多孔外层具有宽规格聚合物的构造材料，非多孔内层具有高分子量聚烯烃的构造材料，并且第二多孔外层具有宽规格聚合物的构造材料。多层聚合物片材可以具有至少2mm的初始厚度。多层整体土工格栅可以是矩形整体土工格栅。多层整体土工格栅可以是矩形整体土工格栅。多层整体土工格栅可以是六边形整体土工格栅。

本发明的第六方面涉及一种提供包括具有多孔结构构造的一层或多个层的多层整体土工格栅的方法，该方法包括：对起始材料进行双轴拉伸以提供多层整体土工格栅，其中所述起始材料是多层聚合物片材，所述多层聚合物片材包括具有多孔结构的一个层或多个层并且在其中具有图案化的多个孔或凹陷部，所述多层整体土工格栅包括具有所述多孔结构的一个层或多个层，并且具有多条定向股线、多个部分定向的连接部和多个格栅开口；以及将所述整体土工格栅嵌入大量颗粒材料中。

本发明的第七方面涉及一种多层整体土工格栅，其包括：多个连接的定向第一股线和部分定向的连接部，所述定向第一股线和所述部分定向的连接部形成其中具有开口阵列的重复的外六边形图案；每一所述外六边形支承并围绕具有定向第二股线的较小的内六边形，所述外六边形的所述定向第一股线和所述部分定向的连接部形成连续延伸贯通整个所述多层整体土工格栅的多条线性股线，所述整体土工格栅具有各层为聚合物材料的、延伸贯通所述土工格栅的多个层，所述多个层中的至少一个层具有多孔结构。

上述内容仅被认为是对本发明原理的说明。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所示出的确切构造和操作。

Claims (36)

1.多层整体土工格栅，用于互锁、稳定和加固集料，所述多层整体土工格栅包括：

通过部分定向的连接部连接的之间具有开口阵列的多条定向股线，

所述整体土工格栅具有各层为聚合物材料的多个层，

其中，所述多个层中的至少第一外层和第二外层为具有多孔结构的可压缩层，以改善土壤或集料与所述整体土工格栅之间的初始相互作用和相容性，所述多孔结构分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡或者孔，能够实现压溃配合，所述多个层还具有非多孔内层。

2.根据权利要求1所述的多层整体土工格栅，所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成外部几何形状的重复图案，每一外部几何形状通过支承股线支承并围绕内部几何形状；所述内部几何形状由多个三节点和定向连接股线形成开口，并被设置为相对于外部几何形状浮动，其中，所述三节点与一个所述支承股线和两个所述定向连接股线相连接；形成外部几何形状的重复图案的所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成多条线性股线，所述线性股线连续延伸贯通整个所述多层整体土工格栅。

3.根据权利要求1所述的多层整体土工格栅，其中，第一多孔外层和第二多孔外层具有20%至70%的空隙体积。

4.根据权利要求1所述的多层整体土工格栅，其中，第一多孔外层和第二多孔外层具有20%至60%的压缩系数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多层整体土工格栅，其中，第一多孔外层和第二多孔外层具有泡沫构造。

6.根据权利要求5所述的多层整体土工格栅，其中，所述泡沫与发泡剂或气体注入相关联。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的多层整体土工格栅，其中，第一多孔外层和第二多孔外层具有包含颗粒填料的构造。

8.根据权利要求7所述的多层整体土工格栅，其中，所述颗粒填料是碳酸钙。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的多层整体土工格栅，其中，所述多层整体土工格栅由共挤出的多层聚合物片材制成。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的多层整体土工格栅，其中，所述多层整体土工格栅由层压的多层聚合物片材制成。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的多层整体土工格栅，其中，所述定向股线已被双轴拉伸。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的多层整体土工格栅，其中，所述多层整体土工格栅具有第一多孔外层、非多孔内层和第二多孔外层，其中所述第一多孔外层和所述第二多孔外层布置在所述非多孔内层的相对的平坦表面上。

13.根据权利要求1所述的多层整体土工格栅，其中，所述整体土工格栅是三轴整体土工格栅，矩形整体土工格栅，或是六边形整体土工格栅。

14.用于制造多层整体土工格栅的起始材料，所述起始材料包括多层聚合物片材，所述多层聚合物片材具有各层为聚合物材料的多个层，所述多个层中的至少第一外层和第二外层具有能够在所述多层整体土工格栅的第一外层和第二外层中形成可压缩多孔结构的膨胀结构，所述多层聚合物片材中具有孔或凹陷部，当片材被双轴拉伸后，所述孔或凹陷部形成开口，所述多孔结构分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡或者孔，能够实现压溃配合，所述多个层还具有非多孔内层。

15.根据权利要求14所述的起始材料，所述多层聚合物片材被双轴拉伸后，形成部分定向的连接部和多条定向股线，所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成连续延伸贯通整个所述多层整体土工格栅的多条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，每一外部几何形状通过支承股线支承并围绕内部几何形状，所述内部几何形状由多个三节点和定向连接股线形成开口，并被设置为相对于外部几何形状浮动，其中，所述三节点与一个所述支承股线和两个所述定向连接股线相连接。

16.根据权利要求14所述的起始材料，其中，所述多层聚合物片材是被共挤出的。

17.根据权利要求14所述的起始材料，其中，所述多层聚合物片材是被层压的。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的起始材料，其中，所述多层聚合物片材包括第一外层、不具有能够形成可压缩多孔结构的膨胀结构的内层、以及第二外层，其中第一外层和第二外层布置在所述内层的相对的平坦表面上。

19.根据权利要求18所述的起始材料，其中，所述多层聚合物片材的第一外层具有从0.5mm至4mm的厚度，所述内层具有从0.5mm至4mm的厚度，并且所述多层聚合物片材的第二外层具有从0.5mm至4mm的厚度。

20.根据权利要求19所述的起始材料，其中，所述多层聚合物片材具有2mm至12mm的初始厚度。

21.根据权利要求20所述的起始材料，其中，所述多层聚合物片材具有4mm至10mm的初始厚度。

22.地面构造，包括大量颗粒材料，所述大量颗粒材料通过在其中嵌入权利要求1至13中任一项所述的多层整体土工格栅而被加固。

23.加固大量颗粒材料的方法，包括在所述大量颗粒材料中嵌入权利要求1至13中任一项所述的多层整体土工格栅。

24.制造多层整体土工格栅的方法，包括：

提供多层聚合物片材，所述多层聚合物片材具有各层为聚合物材料的多个层，所述多个层中的至少第一外层和第二外层具有能够在所述多层整体土工格栅的第一外层和第二外层中形成可压缩多孔结构的膨胀结构，所述多孔结构分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡或者孔，能够实现压溃配合，所述多个层还具有非多孔内层；

在所述多层聚合物片材中提供图案化的多个孔或凹陷部；以及

对其中具有所述图案化的多个孔或凹陷部的所述多层聚合物片材进行双轴定向，以提供通过部分定向的连接部连接的多条定向股线，并且将所述孔或凹陷部配置为格栅开口，

所述多层整体土工格栅的第一外层和所述多层整体土工格栅的第二外层为具有所述多孔结构的可压缩层。

25.根据权利要求24所述的方法，所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成外部几何形状的重复图案，每一外部几何形状通过支承股线支承并围绕内部几何形状；所述内部几何形状由多个三节点和定向连接股线形成开口，并被设置为相对于外部几何形状浮动；所述三节点与一个所述支承股线和两个所述定向连接股线相连接；形成外部几何形状的重复图案的所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成多条线性股线，所述线性股线连续延伸贯通整个所述多层整体土工格栅。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多层整体土工格栅的第一多孔外层和第二多孔外层具有泡沫构造。

27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多层整体土工格栅的第一多孔外层和第二多孔外层包含颗粒填料。

28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中，提供所述多层聚合物片材的步骤是共挤出。

29.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中，提供所述多层聚合物片材的步骤是层压。

30.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中，所述多层整体土工格栅包括第一多孔外层、非多孔内层和第二多孔外层，其中第一多孔外层和第二多孔外层布置在所述非多孔内层的相对的平坦表面上。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，第一多孔外层具有宽规格聚合物的构造材料，所述非多孔内层具有高分子量聚烯烃的构造材料，并且第二多孔外层具有宽规格聚合物的构造材料。

32.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，所述多层聚合物片材具有至少2mm的初始厚度。

33.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多层整体土工格栅是三轴整体土工格栅，矩形整体土工格栅，或是六边形整体土工格栅。

34.加固大量颗粒材料的方法，所述方法包括：

提供多层整体土工格栅，该多层整体土工格栅具有包括多孔结构的至少第一外层和第二外层，包括对起始材料进行双轴拉伸，其中所述起始材料是多层聚合物片材，所述多层聚合物片材的第一外层和第二外层包括具有多孔结构的层并且在其中具有图案化的多个孔或凹陷部，所述多层整体土工格栅的至少第一外层和第二外层为具有多孔结构的可压缩层，并且具有多条定向股线、多个部分定向的连接部和多个格栅开口，所述多孔结构分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡或者孔，能够实现压溃配合，多个层还具有非多孔内层；以及

将所述整体土工格栅嵌入所述大量颗粒材料中。

35.根据权利要求34所述的方法，所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成外部几何形状的重复图案，每一外部几何形状通过支承股线支承并围绕内部几何形状；所述内部几何形状由多个三节点和定向连接股线形成开口，并被设置为相对于外部几何形状浮动；所述三节点与一个所述支承股线和两个所述定向连接股线相连接；形成外部几何形状的重复图案的所述多条定向股线和所述部分定向的连接部形成多条线性股线，所述线性股线连续延伸贯通整个所述多层整体土工格栅。

36.多层整体土工格栅，包括：

多个连接的定向第一股线和部分定向的连接部，所述定向第一股线和所述部分定向的连接部形成其中具有开口阵列的重复的外六边形图案，

每一所述外六边形通过支承股线支承并围绕具有定向第二股线的较小的内六边形，所述内六边形由六个三节点和所述定向第二股线形成开口，并被设置为相对于所述外六边形浮动，其中，所述三节点与一个所述支承股线和两个所述定向第二股线相连接，

所述外六边形的所述定向第一股线和所述部分定向的连接部形成连续延伸贯通整个所述多层整体土工格栅的多条线性股线，

所述整体土工格栅具有各层为聚合物材料的、延伸贯通整体土工格栅的多个层，

所述多个层中的至少第一外层和第二外层为具有多孔结构的可压缩层，所述多孔结构分散有多个空隙、空腔、孔口、裂缝、气泡或者孔，能够实现压溃配合，所述多个层还具有非多孔内层。