全 文 ：书2 0 1 0 年 7 月
第26卷第 4 期
沈 阳 建 筑 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)
Jul . 2010
Vol . 26，No . 4
收稿日期:2009 － 12 － 10
基金项目:国家十一五重大科技支撑计划项目(2006BAJ04A04);辽宁省教育厅创新团队项目(2007T148);辽宁省
百千万人才资助项目(2008921034);沈阳市人才资源开发专项基金资助项目(2008140403011)
作者简介:刘军(1963—)，女，教授，博士，博士生导师，主要从事高性能混凝土及工业废渣资源化研究.
文章编号:1671 － 2021(2010)04 － 0720 － 04
狗尾草对加筋土坯力学性能的影响
刘 军，袁大鹏，周红红，赵金波
(沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110168)
摘 要:目的 研究狗尾草作为加筋材料对制作的土坯抗压强度、抗剪强度和抗折强度等力学
性能的影响.方法 将不同长度，不同掺量的狗尾草作为加筋材料加入到生土中，制作成相应的
土坯，通过测试其抗压、抗剪和抗折强度，研究加筋材料的长度和掺量对土坯力学性能的影响.
结果 狗尾草的长度和掺量对土坯抗压强度影响不显著;对狗尾草长度为 3 ～ 5 cm 和 5 ～ 7 cm
的土坯，当狗尾草加筋率在 0. 5% 时，土坯试件抗剪强度达到最大值，分别为 42. 9 kPa 和
49. 1 kPa，狗尾草长度为 7 ～ 10 cm 的土坯，加筋率在 0. 5% 时，试件抗剪强度达到最大为
58. 9 kPa;3 个加筋长度段的土坯试件抗折强度均随加筋量的增加而增大，当加筋率达到
0. 7%时，抗折强度达到最大值，分别为 56. 3 kPa，57. 8 kPa和 58. 9 kPa.结论 加筋草的长度和
质量对土坯抗压强度影响不显著，但可以较大程度的提高土坯的抗剪和抗折强度，改善土坯的
力学性能.
关键词:力学性能;狗尾草;生土;加筋
中图分类号:TU521. 3 文献标志码:A
生土材料是人类应用最早的混凝土材料，是
最理想的保持生态系统平衡的建筑材料. 生土材
料具有就地取材，易于施工，造价低廉，冬暖夏凉，
节省能源，耐久，融于自然，有利于环境保护和生
土平衡等优点.有着非常重要的社会效益和生态
效益.因此，在我国西部一些干旱少雨地区、工业
不发达的偏僻农村，福建、广东、西藏、云南、东北
三省、内蒙古等地仍在使用.但由于生土墙体材料
强度低、变形大、不耐水等缺点，无法满足乡村的
现代住房要求.因此，改进和提高传统生土墙体材
料的性能，开发适用于村镇住宅建设用的高性能
生土墙体材料，使传统民居在地域、生态、适宜技
术、就地取材等方面能适应当今乡村建筑的发展，
将是村镇新型墙体材料技术发展的一个重要方
向［1 － 3］.
生土墙体材料的力学性能一直是国内外研究
的一个热点［4 － 8］，针对目前乡村生土建筑力学性
能较差和加筋材料的取材问题，笔者从乡村建材
取材资源，环保和经济的角度出发，选用乡村非常
普遍的天然植物———狗尾草作为加筋材料，研究
了加筋土坯材料的抗压，抗剪和抗折强度等力学
性能，确定了土坯达到较佳力学性能的加筋量，使
改性后生土土坯墙体材料的力学性能有了较高地
提升，不但有利于改善室内居住环境，节约能源，
降低建筑物的使用成本，使乡村生土墙体材料可
以作为新型墙体材料用于农村中提供了理论基础
和实践依据，而且对保持我国国民经济的持续发
展有十分重要的意义.
1 材料
1. 1 原材料
试验选用取自西安辛家庙的生土为原材料，
加筋材料为狗尾草，拌合水选用普通的自来水.生
土主要物理性质和化学成分见表 1 和表 2.
第 26 卷 刘 军等:狗尾草对加筋土坯力学性能的影响 721
表 1 试验用土的物理性质
Tab. 1 Physical property of experimental clay
自然含水率 /% 塑限 /% 液限 /% 塑性指标
6. 7 18. 60 30 12. 5
表 2 试验用土材料的化学成分
Tab. 2 Chemical component of experimental clay %
w(SiO2) w(Al2O3) w(MgO) w(Fe2O3) w(CaO)
65. 1 7. 0 1. 3 5. 5 少许
1. 2 土坯试样的制备
试验选取标准砖模为模具制取土坯试件［9］，
按照《土工试验规程》，将生土中的杂物去除后放
入 110 ℃烘箱中干燥 12h，得到干燥的生土，配制
一定含水率的生土. 掺入预先制备好的狗尾草加
筋材料，搅拌后加入模具尺寸大小 240 mm ×
115 mm ×53 mm 的砖模中，制备成型. 土坯试件
力学性能参照《砌墙砖试验方法》(GB /T2524 ～
2003)进行试验.
2 试验结果与分析
2. 1 狗尾草的长度和加筋量对加筋土坯抗压强
度的影响
选取养护 7 d、14 d 和 28 d 的土坯试件进行
抗压强度试验，根据模具的大小，对于不同的养护
时间都选取了掺入不同质量和不同长度的狗尾巴
草试件进行抗压强度的测试，试验结果见图 1 和
图 2 所示.
从图 1 可以看出，3 种加筋长度的土坯随着
养护时间的增加，试件的抗压强度总体上呈现逐
渐增长的趋势. 当试件养护到 14 d 时，土坯抗压
强度可达到 0. 65 MPa，之后其强度增长趋势并不
是十分显著.
从图 2 可以看出，养护 28 d 的土坯试件，随
着 3 个长度段 3 ～ 5 cm，5 ～ 7 cm 和 7 ～ 10 cm 狗
尾草加筋率的增多，土坯的抗压强度并没有显著
的变化.可见狗尾草的加入不能显著提高土坯的
抗压强度.
随着养护时间的增加，土坯先期抗压强度增
长较快，主要是由于土坯内部水分蒸发，土粒黏结
固化的作用，土坯由原来的可塑状态变为后来的
黏结硬化状态，这使得先期的抗压强度上升较快;
到了后期由于大量水分已蒸发或流失，固化过程
已基本完成，另外加筋材料狗尾草本身的性质，没
图 1 掺入不同长度的狗尾草土坯试件抗压强度
Fig. 1 Compressive strength of reinforced adobe incor-
porated with green bristle grass of different
length
图 2 土坯试件 28 d抗压强度
Fig. 2 28 d compressive strength of reinforced adobe
722 沈 阳 建 筑 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 26 卷
有很强的承载压力的能力，所以加筋后的土坯抗
压强度没有显著地提升. 生土土坯中加入纤维状
的加筋材料对土坯的抗压强度增加不多，但可以
大大提高其抗变形能力，这是因为由于草的拉结
作用，裂缝间土体未脱落，使土坯的整体稳定性远
优于素土土坯.土坯破坏时，无论加筋与否，都被
压溃，说明土坯能充分发挥承压作用.
2. 2 狗尾草长度和加筋量对加筋土坯抗剪强度
的影响
抗剪强度是土坯墙体材料力学性能最重要的
一个指标，试验在原有万能压力机的基础上进行
了改造，用以进行抗剪强度的测试.选取养护 28 d
的掺入不同量，不同长度的狗尾巴草试件进行抗
剪强度测试，结果如图 3 所示.
图 3 土坯试件 28 d抗剪强度
Fig. 3 28 d sheering strength of reinforced adobe
由图 3 可以看出，当加筋材料狗尾草的加筋
率一定长度变化时，随着加筋材料长度的增加，土
坯抗剪强度有所增加，加筋率在 0 ～ 0. 5%加筋土
坯试件的抗剪强度随着加筋草长度的增加而提
高，但当加筋率在 0. 5%时，加筋草长度为 7 ～ 10
cm 的土坯试件抗剪强度达到 58. 9 kPa 后开始明
显下降，而加筋草长度为 5 ～ 7 cm 试件抗剪强度
则一直呈平缓上升趋势且高于 3 ～ 5 cm 的试件;
当加筋材料狗尾草的长度一定，质量化时，对于
3 ～ 5 cm 和 5 ～ 7 cm 的加筋土坯，土坯的抗剪强
度随加筋量的增加有增大的趋势，但当加入狗尾
草的加筋率为 0. 4%时，土坯试件抗剪强度随狗
尾草加筋量的增加变化不再明显，基本保持不变.
对于 7 ～ 10 cm 的狗尾草，抗剪强度呈现明显的先
增加后降低的趋势;在加筋率为 0. 5%左右时出
现峰值 58. 9 kPa，之后开始降低.由此可以看出在
加筋材料长度在 7 ～ 10 cm 时，加筋土中存在一个
最佳含筋率，加筋率为 0. 5%时，土坯的抗剪性能
最优［10］.这是因为，随加筋材料长度的增加，加筋
材料与土体之间的接触面增加，对土的限制作用
加大，以此，众多加筋材料和土的相互作用提高了
土坯的稳定性和抗剪能力［11］. 对于 3 ～ 5 cm 和
5 ～ 7 cm 的狗尾草，由于本身长度较短，草与草之
间相互接触的机会也较少，未形成太多的草垫层，
而是主要形成了草和土体之间的作用，以此提高
了土和草之间的拉结作用，所以在到达一定的量
后，这两种作用大体上抵消，抗剪能力变化不显
著.对于 7 ～ 10 cm 的狗尾草，加筋材料长度一定
时，抗剪强度先增加后降低，数值上存在一个峰
值，出现这种现象的原因［12］是，随着加筋材料狗
尾草质量的增加，其与土体的接触面积随之增大，
它们之间的摩阻力变大，横向约束力也变大，此时
加筋土是由土和筋材共同组成的复合体，它们共
同受力、协调作用.当受到外载作用时，土体之间，
土体与筋材之间产生相互错动，进而产生摩擦力.
通过摩擦力筋材将本身的抗拉强度和土体的抗压
强度结合起来，减小了变形，从而提高了土坯本身
的抗剪强度;但是，随着加筋材料狗尾草量的增
加，原来土密实地包围在狗尾草周围，黏结较好，
但草多了以后，可能会形成草层，一部分草没有与
土体接触，只是草间互相交错，不能保证狗尾草土
体充分接触，并充分发挥每根狗尾草的加筋作用，
抗剪强度因此而降低.
2. 3 狗尾草长度和加筋量对加筋土坯抗折强度
的影响
掺入不同质量和不同长度的狗尾草试件养护
28 d后，在万能试验机上测出抗折极限荷载. 再
由计算公式得出抗折强度.试验结果如图 4 所示.
图 4 土坯试件抗折强度
Fig. 4 28 d flexural strength of reinforced adobe
第 26 卷 刘 军等:狗尾草对加筋土坯力学性能的影响 723
由图 4 可以看出，土坯的抗折强度随加筋狗
尾草质量的增加略有增强，加压作用后，在土坯薄
弱处开始产生裂纹，随着荷载的增加，裂纹扩展延
伸，直到极限荷载后，彻底断裂破坏;随着加筋量
的增加，加筋土坯试件的抗折强度有一定的提高，
并在加筋质率为 0. 7%时，3 种长度加筋草的试件
抗折强度达到最大值，分别为 56. 3 kPa，57. 8 kPa
和 66. 7 kPa，之后抗折强度均无明显变化.这是由
于加筋材料和土体之间的相互作用的结果，土坯
中的加筋材料对土体具有一定的约束作用，阻碍
了土坯在断裂过程中裂纹的扩散速度，以此提升
了土坯的抗断裂能力，同时也在一定程度上延缓
了土坯的断裂破坏时间;但当土坯的加筋量过多
时，土坯内部出现了加筋材料之间的相互错动，这
种作用取代了加筋材料和土体之间的作用，反而
降低了加筋材料对土坯内部的约束，当有外荷载
作用时，加筋材料之间的错动使土坯的抗折能力
下降，这也是为何加筋量在到达一定量时，土坯的
抗折能力不再提高甚至降低的原因.
3 结 论
(1)随土坯养护时间的增加，土坯的抗压强
度先期养护增加较快，后期养护抗压强度增加并
不明显;相同的养护时间，随着狗尾草加筋量的增
加，生土土坯的抗压强度并无明显的提高.
(2)狗尾草作为加筋材料对土坯抗剪强度有
明显的改善，对于 3 ～ 5 和 5 ～ 7 cm 的狗尾草，当
加筋率为 0. 5%时，抗剪强度分别达到 42. 9 kPa
和 49. 1 kPa，此后随着加筋量的增加，土坯试件的
抗剪强度则几乎保持不变;对于 7 ～ 10 cm 的狗尾
草，随着加筋量的增加，土坯的抗剪强度先增加后
降低，抗剪强度的最佳含筋率为 0. 5%，此时抗剪
强度达到最大值为 58. 9 kPa.
(3)狗尾草作为加筋材料对土坯的抗折强度
无较大的提高，但相对地可以延长土坯抗折的断
裂时间;同时，对抗折而言，土坯试件的最佳加筋
量为 0. 7%，此时 3 个长度段的抗折强度分别为
56. 3 kPa，57. 8 kPa，66. 7 kPa.
参考文献:
［1］ 何光春.加筋土工程设计与施工［M］. 北京:人民
交通出版社，2005.
(He Guangchun. Design and construction of rein-
forced earth ［M］. Beijing:China Communication
Press，2005.)
［2］ Haeri S M，Noorzad R. Oakoorouehi A M. Effect of
geotextile reinforeement on the mechanieal behavior
of sand［J］. Geotextile and Geomembranes，2005
(18):385 － 402.
［3］ Achenza M，Fenu L. On earth stabilization with natu-
ral polymers for earth masonry construction［J］. Ma-
terials and Structures，2006，39(1):21 － 27.
［4］ Morel J C，Pkla A，Walker P. Compressive strength
testing of compressed earth blocks［J］. Construct
Build Mater，2007，21:303 － 309.
［5］ 黄金生，陶忠，潘文. 云南农村居民生土建筑土坯
砌体的力学性能试验研究［J］.工程抗震与加固改
造，2008，30(1):94 － 98.
(Huang Jinsheng，Tao Zhong，Pan Wen. Experiment
on mechanics characteistics of adobe masonry of ru-
ral houses in Yunnan Province［J］. Earthquake Re-
sistant Engineering and Retrofittin，2008，30 (1):
94 － 98.)
［6］ Jayasinghe C，Kamaladasa N. Compressive strength
characteristics of cement stabilized rammed earth
walls ［J］. Construction and Building Materials，
2007，21:1971 － 1976.
［7］ 王毅红，王春英，李先顺. 生土结构的土料受压及
受剪性能试验研究［J］. 长安大学学报，2006，26
(4):469 － 484.
(Wang Yihong，Wang Chunying，Li Xianshun. Ex-
periment on shear properties and compressive proper-
ties of earth material of raw － soil structure［J］. Jour-
nal of Xian University of Science and Technology，
2006，26(4):469 － 484.)
［8］ Nurhayat Degirmenci. The using of waste phospho-
gypsum and natural gypsum in adobe stabilization
［J］. Construction and Building Materials，2008，22:
1220 － 1224.
［9］ 袁聚云.土工试验与原理［M］. 上海:上海同济大
学出版社，2003.
(Yuan Junyun. Soil test and theory［M］. Shanghai:
Shanghai Tongji University Press，2003.)
［10］ Matthew H，Youcef D. Rammed earth sample pro-
duction:context，recommendations and consistency
［J］. Construction and Building Materials，2003
(18):281 － 286.
［11］ 陈昌富，刘怀星，李亚萍. 草根加筋土的室内三轴
试验研究［J］. 岩土力学，2007，28(10):2041 －
2045.
(Chen Changfu，Liu Huaixing，Li Yaping. Study on
grassroots － reinforced soil by laboratory triaxial test
［J］. Rock and Soil Mechanics，2007，28 (10):
2041 － 2045.)
［12］ 孙伟民，胡晓明，张怀金. 水平低周反复荷载下预
应力砌体墙抗震承载力试验研究［J］.南京工业大
学学报:自然科学版，2004，26(2):1 － 7.
(Sun Weimin，Hu Xiaoming，Zhang Huaijin. Experi-
mental research on prestressed masonry walls under
cyclic loading［J］. Journal of Nanjing University of
Technology:Natural Science，2004，26(2):1 － 7.)
(下转第 733 页)
第 26 卷 李亚峰等:改进层次分析法在给水管道腐蚀速率预测中的应用 733
管网水质特征［J］. 哈尔滨商业大学学报:自然科
学版，2008，24(5):532 － 534.)
(Zhao Zhiling，Zhao Hongbin，He Wenjie，et al. Re-
search on water quality characteristic effected by
growing ring in water network［J］. Journal of Harbin
University of Commerce:Natural Sciences Edition，
2008，24(5):532 － 534.
［13］ 潘俊，张瑞棉，张俊娥. 基于标识指数法的水质灰
色动态模型群预测分析［J］. 沈阳建筑大学学报:
自然科学版，2007，23(3):485 － 488.
(Pan Jun，Zhang Ruimian，Zhang June. The applica-
tion of dynamic grey model groups for water quality
prediction based on the result of identification index
method［J］. Journal of Shenyang Jianzhu University:
Natural Science，2007，23(3):485 － 488.)
［14］ Zhou P，Ang B W. A trigonometric grey prediction
approach to forecasting electricity demand［J］. Ener-
gy，2006(31):2839 － 2847.
Application of Improved Analytic Hierarchy Process in Corrosion
Rate Forecasting of Water Supplying Pipe
LI Yafeng1，TAO Cuicui1，LIN Changyu2，JIANG Baiyi1，YE Youlin1
(1. School of Municipal and Environmental Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang China，110168;2. Water Plant
No. 1 of Shenyang Water Supply General Company，Shenyang China，110141)
Abstract:The purpose of this article is to predict the corrosion rate of water supplying pipeline by determi-
ning each corrosion factors weight and unitary non-linear regressive equation. The paper separately employs
least-squares method，grey relative analysis theory and improved analytic hierarchy process to determine each
corrosion factors unitary non-linear regressive equation，order and weights. The gray-relating fixed weight
combined model was built using improved analytic hierarchy process and grey relative analysis theory to pre-
dict the corrosion rate of water supplying pipelines. Through case analysis，the relative range of error by u-
sing that model is between 3. 95% and 0. 41% . The result shows that the gray-relating fixed weight com-
bined model which is built by using improved analytic hierarchy process and grey relative analysis theory has
a higher prediction precision and this model is an available tool to predict corrosion rate of water supplying
pipeline.
Key words:improved analytic hierarchy process;grey conjunction;water supplying pipeline;

corrosion rate
(上接第 723 页)
Impact of Green Bristle Grass on Mechanical
Properties of Reinforced Adobe
LIU Jun，YUAN Dapeng，ZHOU Honghong，ZHAO Jinbo
(School of Material Science and Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang China，110168)
Abstract:This study presents the impact of green bristle grass as reinforced material on the mechanical prop-
erties of adobe，such as compressive，sheering and flexural strength. Through testing the mechanical proper-
ties of adobe，the impact of reinforced materials length and amount on the properties is studied. The length
and amount of the grass have no clear influence on the mechanical properties of adobe. In terms of the grass
with the length 3 ～ 5 cm and 5 ～ 7 cm，when the amount portion is 0. 5%，the sheering strength of adobes a-
chieve maximum with 42. 9 kPa and 49. 1 kPa respectively. In view of the grass with the length 7 ～ 10 cm，
when grass mass portion is 0. 5%，their sheering strength be comes best with 58. 9 kPa. As the amount por-
tion of grass rises to 0. 7%，the flexural strength of adobes increases to 56. 3 kPa，57. 8 kP and 58. 9 kPa.
The conclusion is that the strength and quality of grass have few impacts on the compressive strength of ado-
be，but it can enhance sheering and flexural strength of adobe and improve the mechanical properties of ado-
be.
Key words:mechanical properties;green bristle grass;soil;reinforced material