高原高寒区域的矿产资源开采过程中,工程岩体受节理裂隙、低温环境和动荷载扰动等内外因素影响而产生的失稳现象时有发生。为深入探究裂隙产状、冻结温度和冲击能量等主控因素对岩石失稳破坏特征的影响机制,本文对冻结单裂隙砂岩的落锤冲击力学响应特征进行了研究,旨在为相关工程活动实施提供理论指导。主要内容和结果如下:首先,开展了不同裂隙倾角、不同落锤下落高度和不同冻结温度条件下单裂隙砂岩的落锤冲击试验,通过控制试验变量探讨不同因素对单裂隙砂岩破坏特征的影响;设计开展了3因素5水平的正交试验,并对各因素进行了显著性分析,结果表明:随裂隙倾角的增加,砂岩的极限应变及其对应的时间比呈“M”型变化,随着落锤下落高度的增加和冻结温度的降低,极限应变增大、对应的时间比减小;同时,裂隙倾角和冻结温度对极限应变的影响显著,冻结温度对极限应变对应的时间比的影响显著。砂岩的最终破坏模式均为张拉破坏,受裂隙倾角的影响更大,产生的裂纹以拉裂纹为主;同时,砂岩破坏后,宏观裂纹多与冲击力作用方向平行,即破坏角一般为0°到10°,且受裂隙倾角影响最大。其次,利用PFC2D软件进行冲击荷载作用下冻结单裂隙砂岩冲击破坏数值分析,结果表明:不同条件下的砂岩试样数值模拟的变形破坏过程均经历了四个阶段:弹性变形阶段、裂纹起裂和稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段和峰后阶段;峰值应力随裂隙倾角的增加而减小、随落锤下落高度的增加和冻结温度的降低而增大。砂岩试样主要产生拉裂纹,在宏观破坏面附近多为压应力;试样破坏面处位移较大,此外,随落锤下落高度和冻结温度的增大,试样颗粒位移逐渐变大。不同条件下的砂岩试样裂纹起裂位置、扩展过程和贯通模式均有所不同,但预制裂隙下方的裂纹扩展过程往往较慢并且产生的裂纹数量也较少。随后,基于Logistic函数计算损伤演化本构模型参数,并建立应变相关的冻结单裂隙砂岩损伤演化方程,进而构建冲击荷载作用下冻结单裂隙砂岩的损伤演化本构模型,得到的模型能够准确地描述冻结单裂隙砂岩的应力-应变曲线特征。最后,利用核磁共振技术分别测量砂岩冻结状态下和融化后的孔隙参数,并讨论了冻结单裂隙砂岩的强度强化机制,结果表明:冻结砂岩随冻结温度的降低,孔隙度变化率持续降低;冻融后,砂岩孔隙度变化率随冻结温度的降低持续增大,冻胀损伤变量基本呈线性增长趋势。冻结后强度的提升主要依靠孔隙冰的作用,同时,冻结过程中产生的冻胀损伤和受到冲击后的过冷水作用会抑制冻结砂岩的强度增长。