本实用新型属于土工材料技术领域，具体涉及芯吸加筋土工织物。
背景技术：
加筋土工织物，包括梭织土工织物、针织土工织物和复合土工织物，通常用于土壤加筋，提高土壤的力学稳定性。加筋土结构可称为力学稳定土结构，包括加筋陡坡、加筋土挡墙、加筋路堤边坡、软土上的路堤基础加筋、桩承式的加筋路堤、空洞和埋有空洞的地面上的加筋路堤、填埋场上覆盖的加筋土封层、路堤上的加筋路床层、软土上的加筋路床。
现有技术的土壤加筋土工织物用于加筋边坡的典型结构如图1所示，土壤包括地基土11和回填土12，回填土12形成的边坡采用主要加筋材料13和次级加筋材料14进行水平加筋，主要加筋材料13一般用于加筋要求较高的陡坡段，次级加筋材料14一般用于陡坡的主要加筋材料13之间以减少坡面的膨胀，次级加筋材料14也用于中等加筋要求的缓坡段。陡坡段的坡面还设有土袋15，用于挡回填土12并形成稳定的陡坡面。
加筋土工织物对土壤力学稳定性的作用是由加筋土工织物的力学性能决定的，特别是5％伸长率时的拉伸强度和使用寿命内的抗蠕变性能。加筋土工织物可以使用高韧聚酯纱线、高韧聚丙烯纱线或高韧聚酯和高韧聚丙烯纱线的组合来制造，高韧聚酯纱线和高韧聚丙烯纱线可用在织物的机器方向或垂直于机器方向的横向。其中，高韧聚酯具有高拉伸强度、高拉伸模量，在土壤环境的长达120年使用寿命中具有优异的抗蠕变性能和抗环境降解性能，可作为基础材料用于制造长期作用的主要土壤加筋材料，在需要抗土壤移动的区域提供高抗拉强度。高韧聚酯纱可用于加筋土工织物的机器方向，机器方向与主要土应变方向一致。高韧聚丙烯具有中等的拉伸强度、中等的拉伸模量，在土壤环境的长达120年的使用寿命中具有较强的抗蠕变能力和优异的抗环境降解能力，可作为基础材料用于制造长期作用的次级土壤加筋材料，在抗土壤运动的区域提供中等抗拉强度。高韧聚丙烯纱可用于加筋土工织物的机器方向，机器方向与主要土应变方向一致。
现有技术的长期作用的土壤加筋土工织物一般具有高模量特性和抗长期蠕变性能，但加筋的土壤在降雨特别是持续降雨情况下稳定性较差。在持续降雨期间，通常会看到土壤结构例如土坡、路堤、道路结构、填埋场的覆盖土层的破坏发生率增加，这些现象在不使用和使用现有土壤加筋材料的土壤结构中都很常见。
在降雨过程中，部分雨水从地表流走，部分雨水渗入地面，增加渗入影响区域内土壤的含水量，在持续降雨过程中，土壤渗入影响区域变宽变深，在渗入影响区域内形成土壤饱和带。此外，土壤毛细管作用会吸起地下水位的水分，增加毛细上升影响区域内土壤的含水量，在持续降雨过程中，地下水位上升，毛细上升影响区域将向上扩展。而在坡地上，地下水位是倾斜的，不同的潜水位导致地下水由高到低渗流，在降雨持续的情况下，渗流量增加，进而增加渗流影响区域内土壤的含水量。因此，在持续降雨期间，地面土壤的含水量一般会增加，含水量的增加程度和土壤饱和程度将取决于降雨的强度和持续时间，土壤含水量的增加和土壤饱和会增加水压力，降低土壤强度。muawiaa.dafalla(dafallam.a.effectsofclayandmoisturecontentondirectsheartestsforclay-sandmixtures[j].advancesinmaterialsscienceandengineering,2013)研究了土壤含水量对土壤内摩擦角和粘聚力的影响，该土壤是由膨胀粘土与砂混合而成，膨胀粘土的比例分别为5％、10％和15％，试验表明，土壤的内摩擦角和粘聚力随着土壤含水量的增加而减小。
而且，在土壤加筋结构中，回填土越来越多地采用细粒含量较高的贫瘠土壤，这种细粒土通常形成软弱地基，细粒土本质上具有对水分敏感的力学特性，细粒土的抗剪强度会随土壤含水量的增加而降低。
加筋土壤结构的一个概念性的滑移破坏如图2所示。土壤包括地基土21和回填土22，回填土22边坡通过加筋土工织物23进行水平加筋。滑移破坏包括土壤剪切破坏24、加筋土工织物23力学断裂剪切破坏25以及加筋土工织物23和土壤之间界面剪切破坏26，还包括将加筋土工织物23从回填土22拔出的破坏27。因此，任何提高土壤的抗剪强度、增强土工织物与土界面的抗剪强度、提高土工织物从土壤拔出阻力的改进，都将进一步提高加筋土结构的稳定性。
现有技术通常通过额外提高加筋土工织物的力学强度，来提供更多的抗滑移破坏力，进而增加土壤的稳定性。但这种方法成本较高，且由于降雨时土壤的水分难以吸走和排出，土壤的抗滑移破坏能力提高有限。
采用具有吸水功能的土工织物有望提高土壤抗滑移破坏能力。已有研究表明，截面异形的纤维具有芯吸作用，采用截面异形的纤维有望制得吸水排水功能的土工织物。图3(a)显示了圆形截面纱线31，图3(b)显示了具有微通道的三凸叶形截面纱线32，通过比较可知，三凸叶形截面纱线32对水分33的芯吸作用强于圆形截面纱线31。图4是三凸叶形聚酯纱、天然圆形聚酯纱和原纤化聚丙烯纱在相同试验条件下的毛细吸水上升的对比图，很明显可以看出，三凸叶形聚酯纱具有增强的吸水性能。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本实用新型的目的提供具有增强的土壤吸水排水能力的芯吸加筋土工织物。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种芯吸加筋土工织物，包括基本经纱；基本经纱选自聚酯纱、聚丙烯纱或聚酯纱和聚丙烯纱的组合；芯吸加筋土工织物还包括在经向上的分布在基本经纱中的多个芯吸纤维；芯吸纤维具有非圆形且非椭圆形的截面，表面系数大于1.0；芯吸纤维毛细上升大于5cm/1100dtex。
由上可见，本实用新型提供了一种芯吸加筋土工织物，在土工织物的制造过程中以结构化的方式在机器方向即织物的经向将芯吸纤维加入到土工织物而得到，以达到所需的高模量特性和抗长期蠕变性能等力学性能，同时结合了增强的土壤水分吸入和排出能力，可用在设计寿命高达120年的加筋土结构中，例如加筋土坡和加筋土挡墙。
本实用新型本质具有亲水性和吸水性，在非饱和及饱和土壤条件下，能吸取土壤水分，并能将加筋土壤区域内部的芯吸的水排放到空气中的土壤结构表面。土壤含水量的减少增加了土壤特别是细粒土的抗剪强度，提高了土工织物和土壤之间界面的抗剪强度，增加了土工织物从土壤中的拔出阻力，从而能够进一步提高了土结构的稳定性，降低了持续降雨的破坏风险。而现有的平面内排水产品不具有本实用新型的芯吸土工织物的土壤水分控制能力，现有的平面排水产品只有当土壤饱和、存在水力头梯度沿平面驱动水时，平面内才能实现排水；而当土壤饱和时，土壤强度已降至最低水平。本实用新型的芯吸土工织物会从不饱和或饱和的土壤环境中吸水，在持续降雨期间能够防止土壤饱和，此外，在持续降雨后能够尽快将土壤含水量降低到正常水平。在持续降雨期间，使用本实用新型芯吸加筋土工织物产品代替现有技术产品，提高了土壤抗剪强度，提高了土工织物与土壤之间的抗剪强度，增加了土工织物从土壤中的拔出阻力，因而改善了物理稳定土结构抵抗破坏的安全裕度。
本实用新型能够降低长期作用土工织物的使用数量和使用成本。由于本实用新型芯吸加筋土工织物的吸水和排水性能导致抗剪强度提高，本实用新型的芯吸加筋土工织物与现有土工织物相比需要更少的层数，或者需要更低的强度。同时，由于本实用新型的芯吸加筋土工织物和土壤之间的界面抗剪强度、土工织物从土壤中的拔出阻力提高，本实用新型土工织物需要使用的长度更短。由于节省了土壤加筋材料的使用和降低了安装成本，使用本实用新型芯吸加筋土工织物建造加筋土结构的成本比使用现有技术土工织物更具成本效益。
结合的增强的土壤吸水和排水能力由非圆形或非椭圆形的具有微通道截面聚酯亲水纱线的多凸叶的丝线提供。具有微通道截面纱线的多凸叶的丝线还包括聚醋酸乙烯酯、玻璃、聚乙烯、尼龙、芳香族聚酰胺等纱线；土壤加筋的高韧聚酯纱和/或高韧聚丙烯纱在机器方向(经向)布置；芯吸聚酯纱在机器方向(经向)按一定间隔布置；聚酯或聚丙烯或聚酯和聚丙烯的组合物在横向(纬向)布置；织物由机器方向(经向)和横向(纬向)纱线构成，通过梭织或针织工艺形成整体；由此制得的织物结构稳定，该结构稳定的织物结合了长达120年的土壤加筋性能和增强的土壤吸水和排水性能。
进一步的技术方案是，芯吸纤维形成加捻纤维束，加捻纤维束毛细上升大于12cm/2100dtex。
可见，本实用新型的芯吸纤维可以独自或与其他纤维混合形成加捻纤维束，加捻纤维束会具有更好的毛细上升效果。
进一步的技术方案是，芯吸加筋土工织物由包括梭织的织物构造方法制成；芯吸加筋土工织物还包括纬纱，纬纱各自选自聚酯纱、聚丙烯纱或聚酯纱和聚丙烯纱的组合。
由上可见，本实用新型的芯吸加筋土工织物可以采用梭织的方式制备，可以制得平纹、斜纹织物等。经纱和纬纱选择可以根据实际应用需要选择聚酯或聚丙烯，对于陡坡段的主要加筋材料，可以选择聚酯；对于缓坡段的次要加筋材料，可以选择聚丙烯。
进一步的技术方案是，芯吸加筋土工织物由包括针织的织物构造方法制成。芯吸加筋土工织物还包括垂直于基本经纱的插入纱线。
由上可见，本实用新型的芯吸加筋土工织物还可以采用针织的方式制备，除了基本经纱还可以包括其他方向上的纱线，可以形成经编针织物或其他织构的针织物。包括针织的织物构造方法还可以是针织与其他处理方法相结合的混合织物构造方法，例如针织物可以附在无纺布上。
进一步的技术方案是，基本经纱为聚酯。
由上可见，本实用新型对于针织的芯吸加筋土工织物，基本经纱可以采用聚酯，聚酯具有较高强度，有助于提高针织物的力学强度。
进一步的技术方案是，芯吸纤维选自聚酯、聚乙烯醇、玻璃、聚乙烯、聚酰胺中的至少一种。
由上可见，本实用新型的芯吸纤维可以采用以上种类材料的纤维，其中聚酰胺可以是尼龙6，尼龙66或芳香族聚酰胺等。
进一步的技术方案是，芯吸纤维的截面形状为多凸叶形的或多通道形的。
由上可见，本实用新型的芯吸纤维可以通过异形截面的纤维提供芯吸作用，包括多凸叶形的芯吸纤维和多通道形的芯吸纤维，例如三凸叶形芯吸纤维。
进一步的技术方案是，芯吸纤维的表面积大于或等于1000cm2/g。
由上可见，本实用新型的芯吸纤维优选具有较大的表面积，以提高吸水功能和通道空间，从而增强芯吸纤维的排水功能。
进一步的技术方案是，芯吸纤维的截面周长是与芯吸纤维旦数相同的圆形截面纤维的截面周长的至少两倍。
由上可见，本实用新型的芯吸纤维相对于圆形截面纤维在相同旦数条件下具有更大的周长，以提高芯吸纤维的吸水功能，且非圆形横截面纤维能够增强排水功能。
进一步的技术方案是，芯吸纤维在梭织前独立于基本经纱；或者，至少部分的芯吸纤维在梭织前与至少部分的基本经纱捻合。
由上可见，本实用新型的芯吸纤维可以作为独立的纱线参与编织，也可以与基本经纱捻合后再参与编织。具体地，所有芯吸纤维可以在编织前先与一些基本经纱捻合，或者所有芯吸纤维可以在编织前与所有基本经纱捻合，又或者一些芯吸纤维独立于基本经纱，同时一些芯吸纤维在编织前先与一些基经纱捻合或与所有基本经纱捻合。
附图说明
图1是现有的同时使用了主要加筋材料和次级加筋材料的加筋土边坡的结构示意图。
图2是一个概念性的加筋土边坡滑移破坏的结构示意图。
图3是(a)圆形截面纱线和(b)三凸叶形纱线的结构示意图。
图4是反映三凸叶形聚酯纱、圆形聚酯纱和原纤化聚丙烯纱毛细上升的图表。
图5是本实用新型芯吸加筋土工织物实施例的编织结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种芯吸加筋土工织物，包括2200dtex的聚酯纱，布置在织物的经向上，作为基本经纱；3000dtex的聚丙烯原纤化扁丝，布置在织物纬向上，作为纬纱。在经向的聚酯纱之间分布着多个加捻的纤维束(10个330dtex的三凸叶形聚酯芯吸纤维和1个2200dtex的聚酯纱捻合)。其中，三凸叶形聚酯芯吸纤维的表面系数大于约1.0，毛细上升率大于5cm/1100dtex。加捻纤维束毛细上升大于12cm/2100dtex。表面系数是指周长与纤度的比值，圆形截面纤维表明系数为1.0。
芯吸加筋土工织物采用梭织工艺制成，为平纹编织。2200dtex聚酯纱与加捻纤维束的组合每10cm有72根，1根加捻纤维束与三根聚酯纱交替。3000dtex聚丙烯原纤化扁丝每10cm有26根。图5示意性地示出了本实施例的芯吸加筋土工织物的部分编织结构。本实施例的梭织芯吸加筋土工织物包括基本经纱51，每3个基本经纱51中间隔设置有1个加捻束52；还包括由聚丙烯原纤化扁丝构成的纬纱53。
本实施例的芯吸加筋土工织物在机器方向上的5％伸长率的拉伸强度大于约45kn/m，机器方向上极限拉伸强度大于约100kn/m。本实施例的芯吸加筋土工织物用于加筋边坡或加筋土挡墙时，机器方向与排水方向、土壤应变方向一致。
本实施例的芯吸加筋土工织物可用作主要加筋材料。
实施例2
本实施例提供了一种芯吸加筋土工织物，包括大于或等于500dtex的聚酯纱，布置在织物的经向上；大于或等于500dtex的聚丙烯纱，布置在织物的纬向上；多个三凸叶形聚酯芯吸纤维，分布在织物经向上的聚酯纱之间，三凸叶形聚酯芯吸纤维大于或等于300dtex，表面系数大于约1.0，毛细上升率大于5cm/1100dtex。
芯吸加筋土工织物采用梭织工艺制成，可以是平纹、斜纹或直贡缎纹等结构。通过选择不同的纱线线密度、不同的梭织参数，可以得到不同力学性能的芯吸加筋土工织物。例如，芯吸加筋土工织物可以在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约40kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约100kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约90kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约200kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约135kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约300kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约180kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约400kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约270kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约600kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约360kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约800kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约450kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约1000kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约540kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约1200kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约630kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约1400kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约720kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约1600kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约810kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约1800kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约900kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约2000kn/m。
本实施例的芯吸加筋土工织物可用作主要加筋材料。
实施例3
本实施例提供了一种芯吸加筋土工织物，包括大于或等于500dtex的聚酯纱，布置在织物的经向上；多个三凸叶形聚酯芯吸纤维，分布在织物经向上的聚酯纱之间，三凸叶形聚酯芯吸纤维大于或等于300dtex，三凸叶形聚酯芯吸纤维的表面系数大于约1.0，毛细上升率大于5cm/1100dtex。
使用经编工艺在约200g/m2的无纺布基材上形成芯吸加强土工织物。采用聚酯结合纱将聚酯经纱和三凸叶形聚酯芯吸纤维与非织造布基材结合，使聚酯经纱和三凸叶形聚酯芯吸纤维保持在稳定的结构位置。
通过选择不同的纱线线密度、不同的针织参数，可以得到不同力学性能的芯吸加筋土工织物。例如，芯吸加筋土工织物可以在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约22kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约50kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约33kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约75kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约45kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约100kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约67kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约150kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约90kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约200kn/m。
本实施例的芯吸加筋土工织物可用作主要加筋材料。
实施例4
本实施例提供了一种芯吸加筋土工织物，包括大于或等于500dtex的聚丙烯纱线，设置在织物的经向上；大于或等于500dtex的聚丙烯纱线，设置在织物的纬向上；多个三凸叶形聚酯芯吸纤维，分布在织物经向上的聚丙烯纱线之间，三凸叶形聚酯芯吸纤维大于或等于300dtex，表面系数大于约1.0，毛细上升率大于5cm/1100dtex。
芯吸增强土工织物采用梭织工艺制成，可以形成平纹、斜纹或直贡缎纹等结构。通过选择不同的纱线线密度、不同的梭织参数，可以得到不同力学性能的芯吸加筋土工织物。例如，芯吸加筋土工织物可以在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约10kn/m度，机器方向极限拉伸强度大于约20kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约20kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约40kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约30kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约60kn/m；在机器方向上5％伸长率的拉伸强度大于约45kn/m，机器方向极限拉伸强度大于约90kn/m。
本实施例的芯吸加筋土工织物可用作次级加筋材料。
由上可见，本实用新型可以得到作为主要加筋材料或次级加筋材料的芯吸加筋土工织物，这些芯吸加筋土工织物集优异的力学性能以及增强的土壤吸水和排水能力于一体，能够从不饱和或饱和的土壤环境中吸水和排水，提高了加筋土壤结构抵抗降雨破坏的能力。
1.一种芯吸加筋土工织物，包括基本经纱；所述基本经纱选自聚酯纱、聚丙烯纱或聚酯纱和聚丙烯纱的组合；其特征在于：
所述芯吸加筋土工织物还包括在经向上的分布在所述基本经纱中的多个芯吸纤维；所述芯吸纤维具有非圆形且非椭圆形的截面，表面系数大于1.0；所述芯吸纤维毛细上升大于5cm/1100dtex。
2.根据权利要求1所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸纤维形成加捻纤维束，所述加捻纤维束毛细上升大于12cm/2100dtex。
3.根据权利要求1所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸加筋土工织物由包括梭织的织物构造方法制成；所述芯吸加筋土工织物还包括纬纱，所述纬纱各自选自聚酯纱、聚丙烯纱或聚酯纱和聚丙烯纱的组合。
4.根据权利要求1所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸加筋土工织物由包括针织的织物构造方法制成。
5.根据权利要求4所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸加筋土工织物还包括垂直于所述基本经纱的插入纱线。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸纤维选自聚酯、聚乙烯醇、玻璃、聚乙烯、聚酰胺中的一种。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸纤维的截面形状为多凸叶形的或多通道形的。
8.根据权利要求1或2所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸纤维的表面积大于或等于1000cm2/g。
9.根据权利要求1或2所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸纤维的截面周长是与所述芯吸纤维旦数相同的圆形截面纤维的截面周长的至少两倍。
10.根据权利要求1或2所述的一种芯吸加筋土工织物，其特征在于：
所述芯吸纤维在梭织前独立于所述基本经纱；或者，至少部分的所述芯吸纤维在梭织前与至少部分的所述基本经纱捻合。
技术总结