本申请要求2015年9月25日提交的题目为“袋及其使用它的系统(abagandsystemforusingthesame)”的no.10201507996t号新加坡专利申请以及2016年2月24日提交的题目为“袋及其使用它的系统(abagandsystemforusingthesame)”的no.10201601395y号新加坡专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用被合并入本文中。
本发明涉及袋、关联的系统和方法，尤其是目的用来形成斜坡或者堤坝的袋和系统，以及用于覆盖、保持和/或稳定斜坡或者堤坝的系统和方法。
背景技术：
对于本发明的背景技术的下面的讨论是为了便于理解本发明。但是，应该知道的是，该讨论不是以任何权限承认或者认可提及的任何材料在本申请的优先权日被公开、已知或者是公知常识的一部分。
斜坡稳定性是土壤覆盖的斜坡要承受和经受运动的趋势，并且通常由剪切应力和剪切强度的平衡来确定。充分的降雨引起的水事故是使得斜坡活跃不稳定的气候事件之一，导致团块移动，例如滑坡或者山崩。
防止滑坡或者山崩的通常的方法是从斜坡的基部开始建造保持壁。保持壁是设计并且构造成当地面梯度中的期望改变超过土壤的静止角(angleofrepose)时来抵抗土壤的横向压力的结构。这涉及到建造具有足够高度和深度的混凝土和/或钢结构，使得能够控制住土壤。钢和/或混凝土保持壁是昂贵的并且通常是不好看的。此外，这样的保持壁还需要维护，因为被保持的土壤迟早会移动，甚至之后，如果足够的流体被构建，那么保持壁会被压倒。
为了使得保持壁审美上满意，有些保持壁已经被建造成具有土壤或者植物生长介质的外层，允许浅植被的地被植物(例如观赏草)的生长。
在相对于水平表面或者平面(例如地面)小于特定倾斜角的斜坡上防止土壤损失的当前的方法之一是使用毛细管屏障系统(cbs)来使得雨水渗透进土壤斜坡最少。cbs是人造的双层覆盖系统，其设置为不饱和系统，其利用了在土壤的精细颗粒层和粗大颗粒层之间的完全不同的水力特性，由此土壤混合物能被布置在顶部以提供绿色植被覆盖。但是，长期监控研究显示，如果cbs材料仅被用作预防措施的附加层，那么它们趋于沿着陡峭的斜坡表面滑动。此外，cbs不能被配置用于具有的角度高于一定倾斜度的斜坡，因为这可能导致材料沿着斜坡的“跌落”或者移动。因此，cbs可能不适合用于设置为陡峭斜坡的保持壁。
因此，需要改进现有技术、系统和设备来防止滑动、跌落或者崩塌。
技术实现要素：
通过根据本发明的袋或相关的系统或方法，至少部分地满足了上述需求并且在本领域中进行了改进。
因此，本发明的一个方面涉及一种用于保持斜坡的容器，包括能够容纳植物生长介质的袋，所述袋具有用于容纳植物的开口，并且所述开口具有密封所述袋并防止所述植物生长介质从所述袋泄漏的固定装置，其中，所述开口进一步包括覆盖所述开口的盖，并且所述盖能定位成引导植物生长的方向。
本发明的另一方面涉及用于保持斜坡的地质屏障系统，包括：单元，所述单元包括能够容纳植物生长介质的第一袋，所述第一袋具有用于容纳植物的开口，并且所述开口包括覆盖所述开口的盖，并且所述盖能够引导植物生长的方向；锚接机构附接于第一袋的基部；
能够容纳第一材料的第二袋，其中所述第二袋可位于锚接机构的与第一袋相邻的第一部分上；和
所述锚接机构的第二部分，能够接收第二材料，其中所述第二材料包括与第一材料的至少一个水力特性有差别的至少一个水力特性，以在使用中形成毛细管屏障。
本发明的另一方面涉及一种构建用于保持斜坡的地质屏障的方法，包括以下步骤：
通过在斜坡的基部处放置附接到第一袋的基部的锚接机构形成第一层；
用植物生长介质填充第一袋，第一袋具有用于容纳植物的开口，并且所述开口包括叠置所述开口的盖，并且所述盖能定位成引导植物生长的方向；
将第二袋放置在所述锚接机构的与所述第一袋相邻的第一部分上；
用第一材料填充第二袋；
将第二材料放置在所述锚接机构的第二部分上，所述第二材料具有相对于所述第一材料形成对比的水力特性；
将压实土壤放置在所述锚接机构的第三部分上；和
在第一层或下层的顶部上形成第二层或随后层，其中第二层或随后层的第一袋位于第一袋与第一层或下层的第二袋相邻的接合处。
在结合附图阅读了下面的本发明的具体实施例的说明后，本发明的其它方面对于本领域技术人员会变得明显。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例来说明本发明的各种实施例，在附图中：
图1a和1b示出了本发明的一个实施例，也称为“地质屏障系统(gbs)”。
图2a和2b示出了本发明的袋的开口的主视图和侧视图。
图3a和3b示出了本发明的袋的开口的主视图和侧视图。
图4示出了袋的一个示例的侧视图。
图5示出了具有锚接尾部的袋的示例的主视图和侧视图，示出了不同类型的加强件。
图6示出了地质屏障系统的单元的一个示例的侧视图。
图7示出了地质屏障的第一层的平面图，具有直线地质屏障(a)和曲线地质屏障(b)的示例。
图8示出了地质屏障的构造的侧视图。
图9示出了地质屏障系统的横截面。
本发明的其它配置是可能的，因此，附图不能被理解为取代本发明的前述说明的概括。
具体实施方式
现在将参考附图说明本发明的特定实施例。本文中使用的术语仅是为了说明特定实施例，不是用于限制本发明的范围。本文中使用的选定术语的其它定义可在本发明的具体实施方式中被找到，并且贯穿该说明书应用。此外，除非另外地定义，否则本文中使用的所有的技术和科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。在可能的情况下，为了清楚性和一致性，贯穿附图使用相同的参考数字。
术语“容器”、“袋”、“土工织物袋”和“土工袋”贯穿说明书可被交换地使用，并且要被理解为指的是在保持土壤或者需要的材料混合物时使用的容器、袋或者土工织物袋。
本发明的一个方面涉及用于保持斜坡的容器，其包括能够容纳植物生长介质的袋1，所述袋具有用于容置一部分植物的开口30，并且开口具有至少一个固定装置，以密封袋并且防止植物生长介质从袋泄漏，其中，所述开口还包括盖40，其覆盖所述开口30，并且所述盖40可被定位成引导植物生长的方向。尤其是，容器可适于保持陡峭斜坡。
本文中使用的术语“斜坡”或者“陡峭斜坡”指的是角度高于在斜坡中使用的材料相对于水平参考面(看作0度)所具有的静止角(theangleofrepose)的斜坡。粒状材料的静止角或者临界静止角是相对于材料能没有掉落地被堆积的水平面/表面降落或者倾斜下降的最陡峭的角。在该角度，斜坡面上的材料濒临滑动。静止角的范围是1°到90°。材料的形态影响静止角；光滑的圆的沙粒不能被堆积成像粗的联锁沙那样陡峭。静止角也受添加的溶剂的影响；如果小量的水能在颗粒之间搭建间隙，那么水到矿物表面的静电吸引会增大静止角和相关的量，例如土壤强度。在静止角，斜坡中的小颗粒在其中一者开始滑动之前已经达到了静摩擦或者最大角。这被称为摩擦的角度或者摩擦角。它被定义为：
tanθ＝μs
其中，θ是始自地平线的角度，并且μs是物体之间的静摩擦系数。任何大于该静力的力都会使得小颗粒或者微粒滑动。
不同的材料会具有不同的静止角，并且材料的小颗粒或者微粒尺寸和含水量也会影响静止角。例如，沙具有约15°到34°的静止角，但是碾碎的沥青具有约30°到45°的静止角。因此，根据斜坡的材料，在各种实施例中，陡峭斜坡可能是在15°和90°之间，并且在各种其它的实施例中，陡峭斜坡可以是在30°和90°之间。在各种实施例中，陡峭斜坡可以是在45°和90°之间，或者在50°和85°之间，或者在60°和85°之间，或者在70°和85°之间。
如本文中所使用的“植物生长介质”可以指任何合适的植物生长介质。在各种实施例中，植物生长介质可包括适于让植物生长的土壤混合物，植物生长介质应该含有足够的养分以维持植物生长数月到几年。这可以通过人造的或者天然的肥料来实现。天然肥料的示例可包括粪肥(manure)、堆肥(compost)或者其它类似的营养源。在各种实施例中，植物生长介质就体积而言可具有下面的比例：50％的表土，20％的沙，15％的土壤调节剂，15％的有机肥料。如果需要，也可以增加其它的成分，例如水保持凝胶。
如图1和图9所示，袋可堆叠并且具有在地质屏障中能生长较大尺寸的植物的优势。不像地面植被，较大的植物在它们是小苗等时的最初的生长阶段期间需要茎的支撑。在各种实施例中，盖和开口在袋1的一侧像口袋一样作用，由此在根和茎之间的过渡处能定位在受盖的保护的开口中，并且盖沿着植物生长的所需方向向上延伸到开口，在开口上端处，允许光进入口袋中。在各种实施例中，盖由与袋相同的织物形成。在各种其它的实施例中，盖由比袋更厚的织物形成。植物对于向上延伸的盖的触觉和光响应的组合会引导在口袋中放置的任何植物的方向。盖可以引导茎沿着朝向天空的方向生长，并且确保低的茎和根受到保护不受恶劣气候和阳光的侵害，不会触发不正常的生长模式。能长到较大尺寸的植物的根系在很多情况下会深深地长到土壤混合物中，并且对地质屏障提供稳定性。这样的植物也会对地质屏障的内部部件提供保护和遮蔽，保护地质屏障的内部部件免受uv辐射和其它的破坏性的自然气候。袋的各种实施例的示例示出在图2至4中。
在各种实施例中，开口30包括在袋1的顶部的狭缝，其允许培育植物(在功能上类似于口袋，其用作在袋的侧部处用于植物的开口30)。当在袋1的顶部上具有用于开口30的足够空间时，可以这样做，以这样的方式，在使用时以偏置的方式来形成地质屏障的斜坡时不会干涉袋的堆叠。狭缝开口30可通过提供在开口30上的挡板形式的盖40或者具有抽绳的延伸套筒被定制化，以减少可能的土壤损失。
在各种实施例中，袋具有至少0.2立方米(m3)或者200升的容积。这确保袋被充满时足够大并且足够重，以被锚接在斜坡上，而且确保具有足够的植物生长介质来维持植物生长一段时期，例如数月到几年。在各种实施例中，袋可具有至少0.2m3或者200升到0.5m3或者500升，或者至少0.22m3或者220升到0.45m3或者450升的容积。可以改变袋的尺寸以适应在袋中要生长的一种或者多种类型的植物。
在各种实施例中，袋还包括锚接机构。所述锚接机构可以是附接到袋的基部的锚接尾部60的形式，其中，所述锚接尾部60还能够将袋锚接在斜坡中。
贯穿说明书，术语“锚接尾部”、“键条(tendon)”和“土工格栅(geogrid)”可交替使用。在各种实施例中，锚接尾部60或者土工格栅包括将锚接尾部分割成多个部分的格栅或者标记。这些格栅或者标记示出在图5和6中。这将给用户划分界线，在形成屏障时不同的材料和部分要被放置或者定位在哪里。在这样的实施例中，不仅锚接尾部60能通过将袋锚接在斜坡上来帮助稳定地质屏障，并且根据材料的类型，使用的每种材料的量的计算能被标记在锚接尾部并且有效地用于控制斜坡上的灌溉或者水运动，进一步稳定斜坡的材料。这在常常过量降雨期间(例如在热带)特别有用。在各种实施例中，锚接尾部60可是袋的长度的至少1.8倍长。在各种实施例中，锚接尾部60可是袋的长度的至少1.8倍至4倍长。在各种实施例中，锚接尾部60可是袋的长度的至少2倍至3.75倍长。在各种实施例中，袋是0.6m宽x0.5m高x1.5m长，带有2.8m的锚接尾部。在各种实施例中，锚接尾部60被分成第一部分61、第二部分65和第三部分68。在各种实施例中，第三部分68是锚接尾部60的长度的大约一半。在各种实施例中，锚接尾部60的第一部分61包括比锚接尾部60的第二部分65大的表面积。在各种实施例中，袋是0.6m宽x0.5m高x0.75m长，带有2.8m锚接尾部。在各种实施例中，锚接尾部60在2％张力时包括至少10kn/m的抗拉强度。尾部的强度取决于斜坡的高度和在斜坡的坡顶处的超载。
在各种实施例中，锚接尾部可拆卸地附接到袋的基部。有时有必要更换竖立的地质屏障中的袋，例如在那个袋中的植物感染了疾病或者当袋已经被损坏的情况下。在这些情况下，优选的是仅更换受影响的袋，不破坏整个地质屏障。袋的基部可包括可拆卸的附接装置，容易地拆下受影响的袋并且将一个新袋附接到锚接尾部。当去除受影响的袋时，支架(未示出)可被推动并且被插到竖立的地质屏障中的受影响的袋周围，以形成临时的支撑，以在受影响的袋被移除时防止其他袋倒塌。然后，受影响的袋的基部从锚接尾部拆卸，并且例如通过拉的动作整个袋(包括植物生长介质和植物)被移出地质屏障。在移除支架之前，新袋的基部然后可附接到锚接尾部并且被填充有植物生长介质。如何实现的一个示例如图4所示，其中可拆卸附接装置是拉链45的形式，其以基部能完全被去除的方式配置或者附接在袋的基部的周围。在这个示例中，基部被永久地缝制到锚接尾部，拉链45的一半在基部上，并且拉链45的另一半围绕袋的下边缘，由此当两半被拉合在一起时，袋就被附接到锚接尾部，并且当拉链的两半被分离时，袋就从锚接尾部拆卸。可以使用其它附接装置，例如摁扣、夹或者类似的附接装置，只要袋能够附接到锚接尾部，然后在需要时被拆卸同时还允许一个新袋被附接即可。沿着袋的整个上边缘或者部分上边缘，可包括类似的拉链45，以允许袋可暂时地打开以放置或者更换袋中的植物生长介质。可替代的临时开口可包括在袋顶部上的狭缝。在有些实施例中，可拆卸附接装置的一部分可设置在锚接尾部60上。
在各种实施例中，所述固定装置包括抽绳50，其中抽绳50操作以约束围绕植物的开口30。这种部分地闭合会保证植物生长介质不会在降雨期间溢出。参见图2，在各种实施例中，抽绳50被包含在盖40周围，以对开口30提供进一步的关闭，进一步减小植物生长介质在降雨期间可能溢出的空间。带有盖40配置的抽绳50也可为幼小的植物提供支撑，并且当在盖40的周围包括抽绳50时，还能通过限制能进入到盖中的光的量来引导植物的生长方向。
在各种实施例中，袋1包括多个开口30，每个开口包括叠置或者覆盖在所述多个开口30上的盖40。该实施例允许很多植物生长在同一袋中。在各种实施例中，多个开口30包括两个或者更多的开口30，这可包括在每个袋中具有2至6个开口30，或者在每个袋1中包括6至14个开口30。在各种实施例中，开口30交互排列地配置成两行或者三行41。一个示例示出在图4中，其中，沿着上部一行41a的覆盖的开口40是偏置的并且不是在沿着下部一行41b的覆盖的开口40的正上方。这具有的优势是：使得袋1的表面上的生长空间最大化，而且通过生长在正上方的植物限制了对在下部一行41b中的植物的任何遮蔽。
在各种实施例中，袋还包括加强件48。这为斜坡上的袋在被用在地质屏障系统中时提供了稳定性。当使用时，植物生长介质不应该太压实，由此允许根要生长穿过植物生长介质。因为在地质屏障形成时袋被放置成一个在另一个的顶部，所以上部的袋的重量可能压在下部的袋上，并且轻微地压缩它们，引起改造的形状。在各种实施例中，加强件48可被增加到袋上作为形状保持件，以在使用时辅助保持袋1的形状。在结构上能保持袋1的形状的任何东西都适合于用作加强件。在图5a中，一个示例的厚布被用作加强件，是在袋的顶部上方的两条带48a，在图5b中使用了刚性的塑料带48b，围绕袋的宽度形成一周，并且在5c中使用了丝网或者texturmor系统48c。可以使用其它形式的加强件48，例如：在袋内部的隔件，或者使用时能够维持地质屏障的稳定性并且在袋填充有植物生长介质并且在用在地质屏障中时能充分地限制袋的压缩或者再成型的任何其它加强件。
在各种实施例中，土工袋包括容纳有适合植物生长的土壤混合物的袋，该袋具有容纳植物的开口，并且，该开口具有固定装置，以密封袋并且防止土壤混合物从袋泄漏，其中，开口还包括叠置开口的盖，并且盖能够引导植物的生长方向。另外，土工袋具有附接到袋的基部的键条，其中键条能够将袋锚接在斜坡上。可替代的，固定装置包括抽绳，其中抽绳会限制围绕植物的开口。
本发明的另一方面涉及用于保持斜坡的地质屏障系统，包括单元3，所述单元包括能够容纳植物生长介质的第一袋1，所述第一袋1具有用于容纳植物的开口30，并且所述开口30包括叠置所述开口30的盖40，并且所述盖40能够引导植物的生长方向，锚接机构60附接到第一袋1的基部；
能够容纳第一材料的第二袋5，其中，所述第二袋5能定位在锚接机构601的邻近第一袋1的第一部分上；和
能够接收第二材料的所述锚接机构60的第二部分65，其中第一材料的水力特性不同于第二材料的水力特性，使得第一和第二材料在使用中能够形成毛细管屏障。
如本文所使用的“毛细管屏障”指的是一个系统，其利用在不饱和状态中在材料的水力特性上的差异来限制水的渗透。在不饱和状态下，第二材料变成了限制水渗透的屏障层。在含水量和土壤的吸力之间的关系已知作为土-水特征曲线(mwcc)。土壤的空气进入值是在空气退进气孔之前必须被超过的许可吸力值。入水值，ψw，是许可吸力值，在该值处，水穿过最初的干燥的第二层首先运动进入形成连续格栅的最小的孔中。它也称为突破水头(breakthroughhead)，因为该值对应于气孔-水压力水头，在该水头处，水首先突破了在地质屏障系统中形成的层的第一材料15和第二材料17的界面。
毛细管屏障的屏障效应，其限制了水从精细颗粒的第一材料15向下运动进入粗大颗粒的第二材料17，这能使用土-水特征曲线(swcc)和精细颗粒和粗大颗粒的土壤的渗透函数来解释。swcc是材料的含水量和许可吸力之间的关系，而渗透函数是材料的非饱和渗透系数和许可吸力之间的关系。
限制向下的水运动的屏障效应是由精细和粗大颗粒的土壤之间的非饱和渗透系数上的差异引起的。在特定的吸力值之外，粗大颗粒的土壤的渗透系数比精细颗粒的土壤的渗透系数低很多。因此，渗透的水会被存储或者横向转移穿过精细颗粒的土壤(地质屏障系统的第一材料)，而不是流进粗大颗粒的材料(地质屏障系统的第二材料)中。随着水持续地渗透，精细颗粒材料的测定体积的含水量和渗透系数两者都会增加。当渗透的水到达精细和粗大颗粒的材料的界面时，在界面处的粗大颗粒材料的许可吸力会减小。当在界面处的粗大颗粒材料的许可吸力达到它的入水值ψw时，粗大颗粒材料的渗透系数会增大。然后水会开始流进粗大颗粒材料中。随着许可吸力进一步减小，粗大颗粒材料的渗透系数会快速地增加，并且最终超过精细颗粒材料的渗透系数。在这种状态下，没有屏障效应，并且水会容易地流进粗大颗粒土壤，并且地质屏障用作表面排泄装置，其使得水沿着平行于斜坡表面的方向排放。
在设计地质屏障系统时，材料选择是非常重要的。在选择精细的和粗大的颗粒材料时需要考虑四个参数，它们是：精细和粗大颗粒材料的入水值的比(ψw-比)；精细颗粒材料的饱和渗透系数(ks)；粗大颗粒材料的入水值(ψw)；和材料的收缩属性。这四个参数单独地或者与一个、两个或者所有的其它参数结合影响着第一和/或第二材料的水力特性。
粗大颗粒材料(第二材料)的入水值需要是非常低的(优选小于1kpa)(即，微粒尺寸大于10mm的砂砾、粗大再循环混凝土集料和粗大再循环沥青)。观察到，材料越粗大并且越均匀，那么入水值就越低。第一材料对第二材料的ψw-比需要是大的，即，至少10(即，具有11.5的ψw-比的精细沙-砂砾)。精细颗粒材料(第一材料)的饱和渗透系数不应该太低，比方说，大于10-5m/s(即，精细沙、精细再循环混凝土集料和精细再循环沥青)。具有这种需求的原因是为了获得精细颗粒材料的好的排放类型，因此水能容易地流进和流出地质屏障系统。第一和第二材料在干燥时不应该呈现出收缩裂痕(优选的潜在收缩率小于4％)。在各种实施例中，第二材料具有的饱和渗透系数是第一材料的饱和渗透系数的最多10分之一小。作为一个粗略的指导，当第二材料的微粒尺寸是第一材料的微粒尺寸的至少5倍大时，那么第二材料的饱和渗透系数可能是第一材料的饱和渗透系数的最多10分之一小。
在各种实施例中，锚接机构或者锚接尾部60的第一部分61包括比锚接机构或者锚接尾部60的第二部分65大的表面积。在表面积上的差异允许第一材料的体积比第二材料的体积大，对于第一材料而言，可在严重的降雨下花费大量时间来变成饱和并且使得雨水进入斜坡的渗透最小。
地质屏障系统的单元3的各种实施例中的一个示例示出在图6中。由此，第一袋1的基部被附接到锚接机构或者锚接尾部60。锚接机构或者锚接尾部60具有标志以划分可放置第二袋5的位置的第一部分61、可放置第二材料的位置的第二部分65和第三部分68的界限。
通过具有带袋1和5的隔件以及锚接尾部60的结构的单元3，能够在陡峭斜坡上在第一材料和第二材料的界面处便于或者形成毛细管屏障结构，不会使得斜坡坍塌。本领域的技术人员知道如何确定材料的水力特性，例如：体积含水量、入水值ψw、许可吸力、收缩特性和饱和渗透系数，因此能够选择要使用的第一材料和第二材料的正确的类型、体积和比率，以确保毛细管屏障形成在第一材料和第二材料之间，以使得雨水进入斜坡的渗透最小。作为一个粗略的指导，当第二材料的微粒尺寸是第一材料的微粒尺寸的至少5倍大时，那么毛细管屏障形成在第一材料和第二材料之间以使得雨水进入斜坡的渗透最小。
在各种实施例中，锚接尾部被可拆卸地附接到第一袋的基部。上述的袋被用作地质屏障系统的单元3的一个部件。
在各种实施例中，第一袋1的开口包括固定装置，以关闭袋并且防止植物生长介质从袋泄漏，其中，所述固定装置包括抽绳50，以在关闭位置限制围绕植物的开口。
在各种实施例中，第一袋1包括多个开口30，每个开口包括覆盖所述开口30的盖40。上述的袋被用作地质屏障系统的单元3的一个部件。
在各种实施例中，第一袋1还包括加强件48。上述的袋被用作地质屏障系统的单元3的一个部件。
在各种实施例中，第二材料包括粗大颗粒材料。微粒尺寸在约1mm至约80mm的材料可看作粗大颗粒材料。在各种实施例中，第二材料包括的微粒尺寸是约5mm至约80mm,约10mm至约70mm,或者约20mm至约60mm。
在各种实施例中，第一材料包括精细颗粒材料。微粒尺寸为约5mm或者更小的材料可看作是精细颗粒材料。在各种实施例中，第一材料包括的微粒尺寸为约4mm或者更小，约2mm或者更小，或者约1mm或者更小。在各种实施例中，第一材料的微粒尺寸与第二材料的微粒尺寸的比率可以是1:5,或1:6,或1:7,或,1:8,或1:9,或1:10,或1:11,或1:12,或1:13,或1:14,或1:15,1:16，只要毛细管屏障形成在第一材料和第二材料之间以使得雨水进入斜坡的渗透最小即可。
在各种实施例中，第一和第二材料由相同或相似的化学成分形成，并且在结构颗粒尺寸上彼此不同。例如，材料可以是再循环混凝土集料(rca)，由此将rca研磨成不同的颗粒尺寸，由此第一材料包含约5mm或更小的微粒尺寸，并且第二材料包含约1mm至约80mm的微粒尺寸。另一个示例是使用再生沥青，由此再生沥青被研磨成不同的颗粒尺寸，由此第一材料包含约5mm或更小的微粒尺寸，并且第二材料包含约1mm至约80mm的微粒尺寸。使用再循环材料，如混凝土或再生沥青，在环境方面是有利的，因为它不使用有限的资源并重复使用现有的废弃产品。
在各种其它实施例中，第一和第二材料可以包括不同的化学成分，只要第二材料的渗透系数是第一材料的渗透系数的最多10分之一小即可。在各种实施例中，第一材料包括沙，第二材料包括砂砾，其微粒尺寸是第一材料的沙微粒的至少5倍大。
在各种实施例中，单元还包括第一袋1的锚接尾部60的第三部分68，其中第三部分68是锚接尾部60的长度的大约一半，用于放置包括压实土壤的第三材料。
在各种实施例中，地质屏障系统还包括用于从系统收集和转移走雨水的带孔管20。在各种实施例中，当地质屏障竖立或安装时，带孔管位于每个单元3的不同部件下在斜坡的基部处。在图1b和图9中示出了这样的实施例的示例。在各种其它实施例中，管可以是波纹状的以使任何大微粒阻塞穿孔最小化。
在各种实施例中，地质屏障系统还包括多个单元3，当使用中容纳植物生长介质、第一材料、第二材料和压实土壤时，所述多个单元3可并排放置和/或堆叠在彼此之上，由此堆叠在另一单元3的顶部上的单元3是偏置的，其中上部单元3a的第一袋1位于第一袋1与下方3b的另一单元3的第二袋5相邻的接合处。
基于单元3的模块化结构，能够形成任何形状的地质屏障以适应各种各样的情况需要。例如，如图7a所示，在单元彼此相邻布置成直线的情况下，所得到的地质屏障将基本上是直的。类似地，如图7b所示，在单元以略微偏移的角度彼此相邻地布置的情况下，则所得到的地质屏障将基本上是曲线的。
参照图8，可以看出，当包含植物生长介质13、第一材料15、第二材料17和压实土壤10或砂砾的单元堆叠在彼此的顶部时，堆叠在该单元顶部上的下一个单元3被偏置，如同砖块，如图1a中所示，其中该顶部单元的第一袋放置在该第一袋与下面的另一单元的第二袋相邻的接合处上，和/或，顶部单元位于该第一袋与相邻单元的第一袋相邻的接合处上，这提供了增加的结构完整性。
所描述的配置提供了地质屏障系统，其特别适合于，但不限于，保持相对于水平面具有达到几乎垂直(即90度)的任何倾斜度的斜坡。应该认识到，锚接机构、用不同渗透性的不同材料填充的第一和第二袋的布置的组合提供了可以在强降雨中被维持的稳定的斜坡保持结构或系统。
在各种实施例中，地质屏障系统包括多个层，每层包括含有适于种植植物的土壤混合物的第一土工袋，该袋具有用于容纳植物的开口，并且开口包括覆盖开口的盖，并且盖能够引导植物生长方向；和与第一土工袋相邻放置的包含混凝土集料的第二土工袋，并且第二土工袋位于第一土工袋的键条上。
本发明的另一方面涉及一种构造用于保持斜坡的地质屏障的方法，包括以下步骤：
通过将附接到第一袋1的基部的锚接机构放置在斜坡的基部处形成第一层；
用植物生长介质填充第一袋1，第一袋具有用于容纳植物的开口30，并且所述开口包括覆盖所述开口30的盖40，并且盖可定位成引导植物的生长方向；
将第二袋5放置在锚接机构的邻近第一袋1的第一部分61上；
用第一材料15填充第二袋5；
将包括的水力特性与第一材料不同的第二材料17放置到锚接机构的第二部分65上；
将压实土壤放置在锚接机构的第三部分68上；和
在第一层或下层的顶部上形成第二层或随后层，其中第二层或随后层的第一袋位于第一袋与第一层或下层的第二袋相邻的接合处上。
在各种实施例中，第一层通过将多个单元3并排放置而形成，其中每个单元3与每个下一单元3相邻，并且每个单元3包括在第一袋1的基部处附接到锚接机构或锚接尾部60的第一袋1和放置在锚接机构或锚接尾部60的第一部分61上的第二袋5；用植物生长介质13填充每个第一袋1，用第一材料15填充每个第二袋5，将第二材料17放置在每个第二部分65上，将压实土壤10放置在每个第三部分68上；在第一层的顶部上放置第二层，其中第二层包括在上部并排并且插到第一层的多个单元，使得第二层的每个第一袋位于第一袋与第一层的第二袋相邻的接合处上，和/或，上部单元位于第一袋与相邻单元的第一袋相邻的接合处上。
参照图7和图8，可以看出，当单元3b布置在斜坡的基部处时，第一袋1背离基部，并且锚接尾部60被沿着基部拉伸进斜坡。每个第一袋填充有植物生长介质13，然后每个第二袋填充有第一材料15，第二材料17被放置在锚接尾部60的每个第二部分65上，并将压实土壤放置在锚接尾部60的每个第三部分68上。这导致在斜坡基部处的第一层具有在斜坡的前部处的植物生长介质13的限定隔室、在斜坡中植物生长介质后面的第一材料15、进一步进入斜坡在第一材料后面的第二材料17、和在斜坡基部的后部处的压实土壤10或砂砾。参照图8，在第一层上通过堆叠单元3a在第一层上并将其嵌入第一层形成第二层。第二层以与第一层相同的方式形成，每个单元的每个隔室包含植物生长介质13、第一材料15、第二材料17和压实土壤10。第三、第四、第五、第六、第七、第八或随后的层可以以相同的方式形成，其中堆叠在单元顶部上的下一单元是如图1a中所示像砖块那样偏置，其中上部单元的第一袋位于第一袋与下方的另一单元的第二袋相邻的接合处上，和/或，位于上部单元位于第一袋与相邻单元的第一袋相邻的接合处上，这提供了增加的结构完整性。
在各种实施例中，植物被固定在开口中。这可以通过盖的形状和/或通过将植物拴在盖上的抽绳或其它手段来实现。已知其生长的根系的体积略小于袋的体积容量的任何植物都是合适的。在实验性试验的地质屏障中使用的植物的示例包括russeliaequisetiformis(爆竹花),xiphidiumcaeruleum(剑叶草),epipremnumaureum(绿萝),calathealoeseneri(罗氏竹芋),phyllanthuscochinchinensis(叶下珠),wedeliatrilobata(南美蟛蜞菊),philodendronerubescens(喜林芋),pipersarmentosum(假蒟),hymenocallisspeciose(水鬼蕉属),ophiopogonjaburanvittatus(黄纹剑叶沿阶草),nephrolepisexaltata(波斯顿蕨),davalliadenticulate(骨碎补小齿),pandanuspygmaeus(露兜树),aspleniumnidus(鸟巢蕨),philodendronxanadu(仙羽蔓绿绒)和monsteradeliciosa(龟背竹)，然而，只要植物的根系能够生长到比袋的体积容量稍小，那么已知在地质屏障所竖立的位置的地区中和其光照条件下能生长的任何植物都将是合适的。
在各种实施例中，每个锚接尾部60可拆卸地附接到每个第一袋1的基部。在各种实施例中，该方法还包括如上所述用另一个第一袋替换第一袋1。使替换的第一袋1填充植物生长介质，移除支架，并将植物固定在替换的第一袋1的开口30中。
在各种实施例中，第一袋1的开口30包括固定装置50，以封闭袋并防止植物生长介质从袋泄漏，其中所述固定装置包括抽绳，以在关闭位置限制围绕植物的开口。
在各种实施例中，第一袋1包括多个开口30，每个开口包括覆盖所述开口30的盖40，其中如上所述植物固定在每个开口中。
在各种实施例中，每个第一袋还包括如上所述的加强件48。
在各种实施例中，第二材料17包括如上所述的粗大颗粒材料。
在各种实施例中，第一材料15包括如上所述的精细颗粒材料。
在各种实施例中，用于从系统收集和转移走雨水的带孔管20被放置在斜坡的基部处。
在各种实施例中，能够分离雨水的不可渗透的分离器11,12被放置在第二材料17和压实土壤10中的每一个之间。
试验地质屏障在数次强降雨期间在实验性试验中竖立起来。使用嵌入在压实土壤部分内的土压力盒在整个试验期间测量在预期范围内的稳定读数。整个试验期间观察健康的植物生长。与控制的填充有斜坡的天然土壤的袋(其在雨水事件之后在数层中已经增加了以kpa计的孔隙水压力)相比，在雨水事件之后的所有层中都保持了以kpa计的孔隙水压力。
在各种实施例中，地质屏障系统在每个土工袋层的顶部具有粗大颗粒层。甚至更进一步，地质屏障系统在粗大颗粒层顶部上具有精细颗粒层。
在各种实施例中，地质屏障系统具有的每个层都具有包含粗大颗粒集料的第三土工袋。进一步地，在各种实施例中，地质屏障具有砂砾层，并且甚至进一步地，在各种实施例中，地质屏障具有位于砂砾层内的带孔管，用于从系统收集雨水和转移雨水离开系统。
在各种实施例中，构建地质屏障系统的方法包括以下步骤：使用第一土工袋和第二土工袋形成第一层，所述第一土工袋含有适于种植植物的土壤混合物，所述袋具有用于容纳所述植物的开口，并且所述开口包括覆盖所述开口的盖，并且所述盖能够引导植物的生长方向，并且所述第二土工袋包含混凝土集料，与第一土工袋相邻放置，其中所述第二土工袋位于第一土工袋的键条上，并且被覆盖有一层粗大颗粒材料，并用使用精细颗粒材料形成顶层。
图1a提供了地质屏障系统(gbs)的一个实施例，该系统是设计用于防止滑坡，并且特别是被设计成保护斜坡免于降雨引起的故障的覆盖系统。可以看出，gbs具有数个层，特别是具有三层，以顶层开始，具有第二层和第三层，其中该顶层具有封装在种植有植物的土工织物袋1中的规定的土壤混合物(asm)的植物生长介质13；第二层包括封装在土工织物袋2中的精细颗粒材料15(例如精细再生混凝土集料(rca))，并且第三袋包含粗大颗粒材料17(例如粗大颗粒再生混凝土集料)，并且这种粗大颗粒材料可以封装在土工织物袋中。有关土工织物袋的进一步细节将在本说明书后面公开。这种asm在体积上可以有以下比例：50％的表土，20％的沙，15％的土壤改良剂，15％的有机堆肥。如果需要，还可以添加其他组分，如保水凝胶。表土可以是自由排放的土壤，并且可以没有草或杂草生长或任何其他异物。表土是一种肥沃易碎的土壤，其无毒且能够维持健康的植物生长，因此它通常不含碳酸钙、底土、垃圾、根、土块(clods)、对植物有毒性的物质(phytotoxicmaterials)和其他对植物生长不利的物质。这种表土通常具有5.5至7.8的ph值，电导率不超过1500微西门子/厘米(microsiemens/cm)，并且土-水提取率(extractratio)为1：2.5。表土成分包括：沙，0.05至2mm的微粒尺寸以及20％-75％的比重；粉粒(silt)，0.002至0.05mm的微粒尺寸以及5％-60％的比重；和粘土，小于0.002mm的微粒尺寸以及5％-30％的比重。asm中使用的沙应该没有碎屑、石块或异物。土壤改良剂可以是泥炭(peatmoss)，有机堆肥或任何其他适合与表土混合的纤维有机物质，以形成用于植物的易碎的生长介质。土壤改良剂也应该抵抗迅速腐蚀，并且没有大块或碎片。asm中使用的有机堆肥可以来源于有机蔬菜或蔬菜的一部分，例如叶子，并且通过园艺或工业堆肥过程生产。使用的有机堆肥应是精细的并且易碎的，不含腐烂或腐朽物质、垃圾、粘土、可见的真菌、病原体、害虫等，并且能不含有令人厌恶的气味。
第二层5具有封装在第二土工织物袋中的精细颗粒材料15，例如精细再生混凝土集料(rca)、沙、沙质粉土或粘土粉土。
gbs还可以具有第三层，其包括粗大颗粒材料，例如粗大再生混凝土集料、砂砾或花岗岩碎屑，并且它可以被包封在土工织物袋中或者它可以铺展在第一层和第二层和/或压实土壤上。如果土壤条件非常差，粗大颗粒集料可以包含在第三土工袋中。否则，在土工袋内通常不包含粗大颗粒。
土工织物袋可以以各种方式布置，并且这将在说明书的后面详细描述。
在降雨事件期间，期望一定量的水在排入位于斜坡基部的砂砾层10内之前渗入精细rca层和粗大rca层，并被收集在波纹带孔管中。可以在砂砾层10内安装不渗透的分离器，其将从精细rca排出的水和从粗大rca排出的水分离。这种不渗透的分离器可以是高密度聚乙烯(highdensitypolyethylene，hdpe)片材，并且使用的典型厚度是1-2mm。这种hdpe片材可以沿着斜坡的其余部分安装，并且跨越斜坡的宽度分离斜坡的原始土壤和gbs。这种hdpe片材也可以沿着gbs的任一侧或两侧安装，也可以安装在斜坡底部处的砂砾层10内。它以如下方式安装：使粗大rca排出的水从精细rca分离。
gbs在斜坡底部处在通常构造在斜坡基部处的排放装置之前以波纹的且带孔的管120结束，如图1b详细所示。波纹的且带孔的排放管120可以具有120mm的内径，并且可以围绕管的外表面自始至终穿孔，或者只有波纹管的上半部分被穿孔。这种波纹的且带孔的管20将允许从精细rca层排出的水被引导到每个斜坡的单一出口。
gbs使得更多种类的植物能够在土工袋(包含规定的土壤混合物)中生长，同时使土壤流失最小化，同时通过使用土壤和精细再生混凝土集料(rca)、粗大再生混凝土集料、规定的土壤混合物和压实填料的组合物的固有属性，能获得更高的安全系数。种植的口袋和套筒可以被设计(制造成更大或更小等)以适应要种植的植物类型。
在该系统中使用的土工袋的大小将取决于所需的植物类型。选择能够有助于土壤的稳定性或用于美学目的这些植物。例如，土工袋的长度可以是1.5m，以便种植更大的植物(因为它们需要更大的土壤介质容积)。当特别为要完成较陡的斜坡需要较大的植物(例如灌木、蕨类和小树等)时，这尤其重要。土工袋也能使集料和土壤混合物被包含在袋内，并防止更细的土壤移动到下面的集料层内。
由于精细颗粒集料和土壤混合物被包含在袋内，所以gbs还允许容易压实。通过使用具有工业品质的扎带或拉链45，土工袋也可以安装有可密封的开口，使得土工袋能够填满土壤混合物、营养物质、肥料，甚至完全改变植物。
规定的土壤混合物和精细再生混凝土集料被包含在土工袋中，并且土工袋可以以比当前的方法(如cbs)以更陡峭的角度堆叠。它允许更多种类的植物(包括蕨类植物和灌木类型的植物)种植在地质屏障系统上。
在安装土工袋之前，斜坡或gbs的基部被压实并填充砂砾以形成砂砾层10。之后，斜坡被压实填料和粗大再生混凝土集料覆盖。然后将分别用于规定的土壤混合物和精细rca的第一和第二土工袋堆积起来。这将允许gbs形成曲线，也形成急转的拐角。
在图2a和2b中可以看到土工袋1的一个示例，图2a和2b分别显示了俯视图或者侧视图和主视图。土工袋1可以容纳规定的土壤混合物(asm)，并且可以用于gbs，特别是在需要植物的地方。土工袋1具有覆盖有植物套筒40的开口30，该植物套筒40为植物提供在内部的住处，使得植物能够使用asm的营养物成长，同时形成用于gbs的植物覆盖物的一部分。土工袋1可以放置成使得开口位于顶部或任何侧面上，这取决于植物的要求和斜坡。开口的尺寸被设计成足够大以容纳所需一个或者多个植物的根球，并且能够支撑植物的茎并且引导它在特定方向上生长。为了使得土工袋1的土壤流失最小，套筒40可以装有抽绳50，但是也可以使用其它类型的固定装置，如拉链固定装置，拉链，缝合装置，订书钉等。为了有助于识别，固定装置可以具有与土工袋不同或形成对比的颜色。抽绳可以被拉和捆绑，以减少在土工袋上的开口的大小，这将最小化土壤流失，而不会影响植物生长。该土工袋还示出在开口的周边处具有缝合55，其增强开口并且使得使用者更容易使用抽绳而不撕裂土工袋1。还示出了土工袋1具有附接到基部的加固的土工格栅60。该土工格栅60充当土工袋1的锚接尾部，并且可以包括高韧性聚酯纱线纤维(hightenacitypolyesteryarnfibres)，其具有120年的设计寿命的足够高的质量。它应具有的在2％应变时的典型的抗拉强度为12kn/m，并且在5％应变时的典型的抗拉强度为30kn/m。这种土工格栅60可以用asm或rca或两者被附接用于土工袋1。
土工袋1可以具有提升带35，这将有助于土工袋的运动、提升或移动，特别是当其填充有asm或rca时。
土工袋1也可以设计成具有沿袋的顶部边缘缝制的多个专门设计的环或手柄35。这使得土工袋在提升时保持水平，这是重要的，因为它保持了土工袋内的集料的压实均匀并防止了张力裂缝。环必须被设计成承担土工袋的重量，以防止环本身的破裂和土工袋的撕裂。
用于制造土工袋1的材料由编织单丝纤维编织而成，以形成具有用于保持土壤的高水流量和最佳开口尺寸的稳定基质。土工袋1的材料还应具有大于或等于50kn/m的用于主要方向和横向的宽的宽度的抗拉强度(根据iso10319标准测试)。该材料具有大于或等于5.0kn的加利福尼亚轴承比(cbr)穿刺强度(根据iso12236标准测试)。该材料的孔尺寸为o90，其小于或等于600微米(根据iso12956标准测试)。这种材料的透水率大于或等于200l/m2/s(根据iso11058标准测试)。
在图3a和3b中示出了土工袋1的另一个示例，其分别示出了侧视图和正视图。土工袋1可以容纳规定的土壤混合物(asm)，并且可以用于gbs，特别是在需要植物的地方。这种设计在植物需要直立同时在土工袋1的侧面保持开口的情况下特别有用，因为植物口袋40确保植物能够吸收土工袋1内的asm的营养物，还能够基本竖直生长，植物的角度依赖于口袋的余地(leeway)。口袋的另一个优点是可以进一步最小化土壤流失，因为asm被容纳在口袋本身内。类似于图2中的土工袋，该土工袋1也可以安装有提升带35，以帮助移动土工袋1，以及沿袋的顶部边缘缝合的专门设计的环。
对于土工袋1的两个示例，开口都可以用在在袋的侧面上或顶部处。一般来说，如果斜坡较平缓，顶部有空间，那么更适合在顶部实施。在袋的顶部处没有空间来种植，因此不得不在侧面种植的情况下，口袋会更适合陡峭的斜坡。
在图9中示出了地质屏障90的横截面图。砂砾层或压实土壤10位于斜坡或gbs的基部，并且包含不可渗透的分离器11。还有另一不可渗透的分离器12位于斜坡的后部位于表面排放装置25之前。在斜坡的顶部还有一个表面排放装置6，在斜坡的底部有一个表面排放装置7。具有草皮的种植介质70在斜坡的顶部或前部处覆盖gbs，随后是精细颗粒的rca15，然后是在层之间具有土工纺织层80的粗大颗粒rca17。一连串的波纹的且带孔的管21，22，23，24被定位成允许从精细rca层排出的水被引导到单个出口。在这个示例中，带有锚接尾部60的具有asm13的土工袋1显示为具有包含在袋内通过开口或口袋40的灌木。可以看出植物的根将如何在asm13中生长，并为gbs提供稳定性。旁边显示了带有精细rca15的第二土工袋5，其可以帮助固定结构并为斜坡提供稳定性。
就构建gbs而言，首先将表面排放装置6,7安装在斜坡的顶部和底部，然后将波纹的且带孔的管21，22，23，24与砂砾层10和不渗透分离器11、12一起定位。从底层向上建造，土工袋1，5被填充所需的材料并且被定位，使得土工袋1的锚接尾部或键条60在压实土壤中安装成层。土工纺织层80安装在粗大rca17和精细rca15之间，以及精细rca15和用于草皮70的种植介质之间。
第一和第二土工袋1和5被填充有需要的材料，在该情况下是asm13和rca15。具有rca15的第二土工袋5应被压实到相对密度在70％到90％之间或者所需的干密度为1.55mg/m3。然后或者通过抽绳或者通过缝合将土工袋1和5封闭并固定，以使得土工袋内的材料被雨水中冲刷走的最少。粗大的rca层17被压实成相对密度在70％到90％之间或所需的干密度为1.8mg/m3。土工纺织层80可以是polyfeltts非织造土工织物ts20或等同物。
该gbs系统适用于角度高达80度的斜坡，并且可建造成具有不同的高度(3米至50米)，特别是坡度超过30米的梯田。地下水渗流由地表排放装置和完整的结构来控制，这时植被与环境容易融合。
相比之下，cbs需要多个j形销将土工单元锚接到斜坡表面，从而导致分离隔膜的穿孔，因此时间久了就失去了一定的基质吸力。使用gbs时，不需要j形销，因为土工袋上有键条，以充当增强的锚接件，并且所包含的不同材料的划分允许毛细管屏障系统的概念在陡峭斜坡上操作，通过防止可能导致滑坡的对斜坡的水害来进一步增加稳定性。
构建gbs的方法的另一示例在下面的步骤中被列出：
a.在斜坡底部放置用于asm的第一土工织物袋1，用asm13填充土工织物袋，将附接到土工织物袋1排上的土工格栅60放置并拉伸至最大长度。
b.在斜坡底部处在第一土工织物袋1旁边或邻近第一土工织物袋1放置第二土工织物袋5，第二土工织物袋5位于第一土工织物袋1的堆侧上(见图9)，采用精细rca15、压实的精细rca填充土工织物袋到所需要的相对密度或干密度，在填充和压实完成后密封该土工织物袋。
c.在土工织物袋1，5之后一定距离将土壤10(例如在土工织物袋1，5之后压实1300mm的土壤长度)压实到与斜坡开挖之前的现存土壤的总密度相同，其中压实土壤10修整成45度的倾斜角度。
d.在压实土壤之间并且在斜坡底部处在土工织物袋5之后放置粗大的rca17，将粗大的rca17压实到所需的相对密度或干密度。
e.在土工织物袋1，5的顶部上放置包含土工织物袋的下一排单元3，并重复在步骤a至d中的相同的过程，直到所需的高度。
f.在斜坡顶部处安装不透水分离器。
g.在斜坡顶部处在土工织物袋之后放置压实土壤10，在最后排15和16的土工织物袋之后的土壤被压实成1300mm长度和250mm高度(土工织物袋的高度的一半)的土壤，压实到与在开挖斜坡之前测量的现有土壤的总密度相同。修整该压实土壤的顶部高度(最高水平)为1-2度。然后将压实土壤修整成45度的倾斜角度。
h.在压实土壤顶部上和在斜坡顶部处在压实土壤10和土工织物袋之间放置粗大的rca17，将粗大的rca17压实到所需的相对密度或干密度。
i.在土工织物袋之后并在粗大的rca17的顶部放置土工纺织层。
j.将精细rca15置于土工纺织层之上和土工织物袋之后，并将精细rca15压实到所需的相对密度或干密度，在土工织物袋后面建造表面排放装置。
k.将具有如上所述的草皮70的种植介质13放置在土工纺织层的顶部和土工织物袋的顶部上，草皮70朝向表面排放装置25成层级(成斜坡)。
l.在斜坡处在地质屏障系统的两侧安装不透水分离器。
m.在斜坡的顶部、两侧25和6以及底部7建造表面排放装置。
n.建造表面排放装置以将水输送到下游(未示出)。
贯穿该文件，除非另有相反指示，否则术语“包含”、“包括”等应被解释为非穷尽性的，或者换句话说，意指“包括，但不限于”。
此外，虽然已经讨论了各个实施例，但是应该理解的是，本发明也覆盖已经讨论过的实施例的组合。
本文描述的发明可以包括一个或多个值的范围(例如，高度和直径)。值的范围将被理解为包括该范围内的所有值，包括定义该范围的值，以及该范围附近的值，其导致与该定义该范围的边界的值紧邻的值相同或基本相同的结果。