植物纤维土坯基砌块及砌体的力学性能试验研究

土坯砌体作为新疆传统民居的建筑材料，其力学性能的研究与改善，从而分析土坯民居的抗震性能、建立提高其抗震性能的加固技术措施，为进一步改善居住环境、抵御地震灾害、弘扬传统民居的建筑特色与风格以及保护自然环境都具有深远的历史和现实意义。在新疆南疆地区选择典型区域，选取当地制作土坯所用的土体材料，在土体材料中掺和不同比例的植物纤维，依照传统手艺制作素土坯砌块和植物纤维土坯基砌块，制作相应的素土坯砌体和植物纤维土坯基砌体试验模型。通过试验研究素土坯砌块、植物纤维土坯基砌块以及相应砌体的抗折、抗剪力学性能以及抗压性能。分析土体材料中的颗粒级配、植物纤维的掺和量对各力学性能的影响程度，提出相应的颗粒级配控制指标、植物纤维掺和量指标以及相应的受剪、受压承载力标准值。通过对试验模型的数值模拟计算分析，建立土坯砌体墙及植物纤维土坯基砌体墙的有限元计算模型及相应的取值参数，为墙体的抗震试验和计算分析建立基础。

针对土坯及土坯砌体的轴心受压性能进行了研究。试验研究所用的土体材料取自新疆阿图什市格达良乡。为了解土坯的轴心受压性能，进行了针对单块土坯各方向抗压试验。为改善土坯抗压强度低，脆性破坏等缺点，对同一尺寸的土坯分别掺和0.5%、1.0%和1.5%（质量比）麦秸秆，观察麦秸秆对土坯轴心受力性能的影响。对土坯砌体的研究主要是，竖向和水平灰缝掺和0.5%（质量比）的麦秸秆，观察麦秸秆对土坯砌体破坏形态，受力特性等的影响。根据试验所得到的单块土坯及土坯砌体的轴心受压破坏形态、受力机理和试验荷载-位移曲线，选择合适的单元、本构关系和破坏准则来模拟单块土坯和土坯砌体的轴心受压过程。通过以上工作得出以下结论：从平压、卧压、立压试验荷载-位移曲线，抗压强度数据和试验过程和现象中可以得出，麦秸秆的最优掺量为0.5%（仅供参考）。通过土坯砌体泥浆缝中掺和麦秸秆可以提高其抗压强度和变形能力。土坯和泥浆均选用SOLID65单元、破坏准则运用William-Warnke五参数破坏准则进行的有限元分析结果都吻合试验结果，表明在实际工程和科学研究中都具有足够的精度，并具有一定的实际价值和意义。. 制作素土泥浆和素土中分别掺和麦秸秆、粗砂、生石灰的改性泥浆。参照砌体抗压强度试验标准，制作了使用4种泥浆作为灰缝的素土坯试块。通过试块的抗压强度试验，研究其抗压强度，得出了改性灰缝不同含水率对试块强度的影响。试验结果表明，通过对灰缝改性并控制含水率，可提高试块抗压强度。. 通过土体材料的土工试验及泥浆立方体、土坯和土坯砌体单轴抗压试验，分析了土体材料的工程性质和单轴受压下土坯砌体的应力-应变关系。建立了泥浆立方体、土坯和土坯砌体的弹性模量与其抗压强度之间的关系方程，提出了土坯砌体抗压强度的简化计算公式。基于Weibull分布的损伤统计强度理论，利用应力-应变曲线峰值点的特征，建立了损伤修正统计本构模型，并与试验数据进行了比较，验证了损伤修正统计本构模型。研究表明：土坯砌体损伤统计本构模型，在峰值应力前期，损伤修正统计本构模型与试验数据吻合很好；在峰值应力后期，由损伤修正统计本构模型计算的应力值比土坯砌体试验应力值偏小。研究结果可为土坯砌体墙的抗震性能研究提供理论参考。