由于寒区昼夜温差的交替变化及季节更替,寒冷地区水利工程、桥梁隧洞、道路地基等都将受到冻融损伤作用,从而影响寒区工程建筑的安全稳定。另外,在寒区水电工程及煤气矿山开发工程中,冻融损伤作用不仅使岩体工程的力学特性产生劣化,而且还会导致岩体裂隙渗透特性的变化。所以,准确掌握岩石在冻融损伤作用下的力学性质及渗透特性变化规律是评价寒区岩土工程变形破坏与安全稳定的基础。因此,本文以孔隙率较大的砂岩试样为研究对象,设计了冻融损伤后砂岩的单轴、三轴力学试验以及渗透率试验,并同步进行单轴破坏过程中的声发射监测。基于室内试验结果分析了砂岩在冻融循环损伤作用后的物理特性、力学性质、变形规律、声发射特征、破坏模式以及破坏过程中的渗透率变化规律,同时建立了砂岩在单轴压缩条件下基于声发射参数的损伤模型和在三轴压缩条件下的冻融损伤衰减模型。全文的主要研究结论如下:(1)归一化特征应力σcc/σp从干燥状态时的0.232 一直减小到冻融30次时的0.154,在弹性阶段及裂纹扩展阶段σci/σp和σcd/σp随冻融次数的增大呈变大的趋势。抗剪强度指标c从冻融循环0次到循环30次分别减小28.2%、24.7%、15.9%,其与冻融次数的定量关系可用负指数模型拟合;内摩擦角φ基本不受冻融损伤作用的影响。(2)在压密阶段,干燥条件的声发射撞击数是冻融岩样的4～10倍,且冻融条件下试样在该阶段出现的声发射定位点数所占比例较少。在渐进破坏后期,声发射撞击数、累计振铃计数及定位点数均较未冻融状态时弱。(4)经历相同冻融次数的砂岩随着围压的不同,其破坏模式也不相同,在单轴压缩条件下,砂岩的破坏模式为劈裂破坏;在中低围压作用下(2.5MPa、5MPa),砂岩的破坏模式为单剪破坏;在高围压作用下(1OMPa),砂岩的破坏模式为双剪破坏。(5)在相同围压和相同水压作用下,岩样的渗透率随冻融次数的增加而逐渐变大。不同冻融损伤条件下砂岩渗透率演化过程可分为4个阶段,即第Ⅰ阶段下降段、第Ⅱ阶段缓慢下降段、第Ⅲ阶段稳定上升段、第Ⅳ阶段急剧增加段。(6)本文建立的冻融损伤砂岩在单轴受压破坏时的全应力-应变损伤模型,既能利用声发射手段实时无损检测的优点,又能充分考虑冻融损伤对砂岩裂纹闭合阶段的影响。砂岩的三轴峰值强度及残余强度与冻融循环次数之间的的定量关系模型可以统一表示为σ = exp(-mN)σ0,其中模型参数m随着围压增加而变小,它们之间具体的定量关系值得进一步研究。