现有砌体结构精细化数值分析模型缺乏准确的材料本构关系。已有精细化模型一般将块体视为弹脆性材料,将砂浆视为弹性材料或者采用混凝土本构关系的弹塑性材料,将界面弥散入砂浆材料视二者为一体建立简化细观模型,或采用弹簧单元模拟块体-砂浆界面法向及切向力学性能建立精细化数值分析模型。简化模型计算速度较采用弹簧单元的精细化模型快,但计算精度介于整体式模型及精细化模型之间;弹簧单元模拟界面性能因弹簧数量过多不易于收敛且计算繁琐工作量巨大,适用性不高。精细化数值分析模型缺乏计算精度高且适用性强的有限元单元及材料模型,制约了砌体结构精细化有限元分析的应用与发展。鉴于目前对砌体细观层次材料本构模型及砂浆尺寸效应行为研究应用上的不足,本文以试验研究、理论分析及有限元分析为研究手段开展砌体结构细观层次材料的基本力学性能研究及有限元理论研究。重点建立了通用砂浆单轴受压本构模型、砖-砂浆界面粘结滑移本构模型及砂浆单轴受压强度尺寸效应律,并将其应用于砌体精细化有限元建模分析,通过引入Surface-based cohesive behavior粘结模型实现砖-砂浆界面接触关系,建立了高计算精度且具备良好运算效率的砌体结构精细化数值分析模型。本文主要工作及结果如下:(1)为建立通用砂浆受压本构模型,以试验方法及理论解析分析方法对砂浆受压力学性能及变形性能进行研究。以砂浆胶凝材料种类、砂浆灰砂比及水灰比为研究变量,通过正交设计方法设计砂浆弹性模量试验及应力-应变全曲线试验,获得砂浆试件的破坏状态、弹性模量、泊松比、抗压强度及应力-应变全曲线,并分析组分变化对其力学性能及变形性能的影响。引入弹塑性力学及损伤力学,建立砂浆受压弹塑性本构模型及损伤本构模型,并计算损伤变量。结果表明本文提出的砂浆受压本构模型与试验结果吻合良好。(2)为研究灰缝砂浆与试验室砂浆试块力学性能差异,对灰缝砂浆性能作出预测与评估,以物理模型试验方法及理论解析方法对砂浆尺寸效应行为进行研究。通过对12组几何相似的砂浆立方体试件及12组非几何相似的砂浆板式试件进行单轴抗压强度试验,研究砂浆尺寸效应行为及砂浆强度等级对尺寸效应的影响。引入Bazant基于断裂力学能量释放理论尺寸效应律分析砂浆几何相似试件的尺寸效应行为,加入强度项修正Bazant尺寸效应律并以修正尺寸效应律分析砂浆非几何相似试件的尺寸效应行为,分别建立了砂浆抗压强度尺寸效应律计算式,对砌体灰缝砂浆力学性能进行评估。研究结果表明,本文提出的砂浆尺寸效应律计算结果与实测数据吻合良好。(3)为研究砂浆-块体界面粘结滑移本构模型,设计页岩实心砖与页岩多孔砖共计17组102件三砖试件进行双剪粘结滑移试验,分析灰缝厚度、砂浆强度及孔洞率对砖-砂浆界面力学性能及变形性能的影响,得到双剪三砖试件的粘结破坏形态、粘结强度及粘结强度-滑移曲线,通过试验研究及理论解析分析建立砌体粘结强度计算式及块体与砂浆界面粘结滑移本构模型。研究结果表明,本文提出的砌体粘结强度计算式与试验数据吻合良好,块体与砂浆界面粘结滑移本构模型与试验结果吻合良好。(4)为建立高计算精度的砌体精细化数值分析模型,统计砂浆、块体受压及受拉试验数据,建立砂浆、块体受压、受拉本构模型及破坏准则,确定材料弹性模量、泊松比及断裂能等参数值。参照块体-砂浆界面力学性能及变形性能试验结果,引入Surface-based cohesive behaviour粘结模型建立界面接触关系。基于ABAQUS有限元分析软件建立砌体精细化数值分析模型,对砌体受剪性能进行数值模拟试验。通过对比分析计算结果与试验结果,验证材料本构模型的适用性及砌体精细化数值分析模型的有效性及合理性。通过本文研究,完善了砌体结构基本理论,研究结果可为砂浆工程应用提供理论支持,为砌体精细化数值分析理论提供重要依据。