本文以中国西部煤系地层的弱胶结砂岩和泥岩为研究对象,首先开展了不同含水率冻结砂岩和泥岩强度特性的研究,并结合砂岩和泥岩冻结前后的微细观结构变化,分别探讨了不同初始含水率冻结砂岩和泥岩的强度影响机制;然后基于裂纹体积应变拐点法和体积应变拐点法分别确定了冻结砂岩和泥岩的裂纹起裂强度和损伤强度,研究了冻结砂岩和泥岩的裂纹起裂强度和损伤强度随含水率、冻结温度和峰值强度的演化规律,探讨了冻胀水压对砂岩和泥岩裂纹起裂和损伤特性的影响机制;同时,基于统计损伤相关理论,建立了同时考虑孔隙压密阶段特性和损伤阈值影响的冻结岩石的统计损伤本构模型;最后开展了不同含水率冻结砂岩和泥岩的电阻率特性研究,提出了冻结岩石的电阻率模型,并结合上述冻结砂岩和泥岩的强度试验数据,得到了不同初始含水率条件下的冻结砂岩和泥岩单轴抗压强度与电阻率的关系。详细内容如下:1.研究了在不同初始含水率和不同冻结温度下的冻结砂岩强度变化特征,阐明对于含水砂岩,其单轴抗压强度随冻结温度的降低而线性增长,且冻结砂岩的强度增长率随含水率的增长先增加后降低;在温度一定时,冻结砂岩的单轴抗压强度随初始含水率的增加亦呈增长趋势;CT扫描结果表明,当含水率达到7%时,由于砂岩试样在冻结过程中发生冻胀破坏,冻融试验后的试样孔隙率随冻结温度的降低而增大;基于以上研究成果,将初始含水率对冻结砂岩强度的影响以界限初始含水率为界限分为两类,阐明了冻结砂岩不同的强度强化机制:（1）不考虑冻胀损伤的强度强化机制,即,冻结砂岩的宏观表现为随着含水率的增加砂岩的强度增长率逐渐增加。（2）考虑冻胀损伤的强度强化机制,即,冻结砂岩的宏观表现为随着含水率的增加砂岩的强度增长率而减小。2.得到了在不同初始含水率和不同冻结温度下的冻结泥岩强度变化特征,阐明了不同初始含水率冻结泥岩的强度影响规律。对于泥岩试样,其单轴抗压强度随冻结温度的降低而线性增长,且同样存在界限初始含水率,即冻结泥岩的强度增长率随含水率的增长先增加后降低;在温度一定时,冻结泥岩的单轴抗压强度随初始含水率的增加先增加后降低,由此,可定义峰谷含水率和峰顶含水率:对于初始含水率低于峰谷含水率的泥岩,泥岩内部存在的未冻水是冻结泥岩强度降低的主要原因;当泥岩的初始含水率大于峰谷含水率小于峰顶含水率时,泥岩内部孔隙冰强化效应使得泥岩的强度随初始含水率的增加而增加;当初始含水率大于峰顶含水率时,泥岩冻结过程中产生的冻胀破坏是泥岩单轴抗压强度随初始含水率增加而降低的主要原因。3.获得了冻结砂岩和泥岩的裂纹起裂强度和损伤强度随含水率、冻结温度和峰值强度的演化规律,阐明了冻胀水压对砂岩和泥岩裂纹起裂和损伤特性的影响机制。在负温度条件下,砂岩的裂纹起裂强度和损伤强度随温度的降低呈线性增加。而对于初始含水率4%和4.35%的泥岩,随着温度的降低,裂纹起裂强度和损伤强度先增大后减小。这是由于,泥岩试样由碎屑状颗粒组成,胶结性较弱、渗透较低,在孔隙水相变过程中产生了高水压力,进而导致了孔隙网络的破裂和扩展,造成了泥岩的各向异性增强,整体均匀性减弱。另一方面,泥岩中的亲水矿物在浸水过程中与水充分耦合,在冻结过程中,亲水性矿物的体积膨胀受到泥岩骨架效应的约束,产生冻胀压力。温度的降低,冻胀力就越大。当冻胀力足够大时,泥岩骨架将被破坏,泥岩内部结构的不均匀性将累积。这些都导致了泥岩的裂纹起裂强度和损伤强度的降低。4.基于统计损伤相关理论,建立了考虑孔隙压密阶段特性和损伤阈值影响的冻结岩石的统计损伤本构模型。当应力超过裂纹起裂强度（此时对应的轴向应变为起裂应变）时,岩石内部开始产生新的裂纹,随后,裂隙开始大量发育和扩展。因此,可将起裂应变视为临界损伤应变。在此基础上引入损伤阀值参数（位置参数）,基于统计损伤相关理论和实时位形方法建立了考虑孔隙压密阶段特性和损伤阈值影响的冻结岩石的统计损伤本构模型,并利用试验数据验证了模型的准确性。5.提出了冻结岩石的电阻率模型,并结合冻结砂岩和泥岩的强度试验数据,得到了不同初始含水率条件下冻结砂岩和泥岩的强度与其电阻率的关系。根据岩石冻结过程中的物理特性及电路基本原理,提出了冻结岩石的电阻率模型,并利用试验数据验证了模型的准确性。随着温度的降低,不同含水率砂岩和泥岩的电阻率呈幂函数增长,并且随着温度的降低,含水率对冻结砂岩和泥岩电阻率的影响变得更加明显;结合冻结砂岩和泥岩强度试验数据结果,以温度为中间变量得到了不同初始含水率条件下冻结砂岩和泥岩电阻率与单轴抗压强度为对数关系。本文开展了不同含水率冻结砂岩和泥岩的强度特征及裂纹起裂特性的研究,该研究成果对丰富我国岩石力学基础理论研究具有重要意义,为我国西部地区人工冻结法立井施工过程的优化设计和安全稳定性评估提供依据。