随着我国“一带一路”倡议的提出以及西部大开发的进行,西部地区的基础设施建设和能源矿产开发越来越受到重视,寒区岩土工程建设的要求也随之提高,其中冻融灾害是亟需解决的关键问题之一。对冻融作用下的岩石进行损伤识别以及劣化机理分析,是保证寒区工程安全性的基础。本文以寒区岩土工程为背景,通过冻融红砂岩CT扫描试验,综合运用图像处理技术,从细观角度对红砂岩在不同冻融次数下的冻融劣化机理和损伤演化规律进行了研究。将工程现场采集的红砂岩制备成符合国际岩石力学协会推荐标准的Φ50mm ×100mm试样,测定其物理参数,并开展饱水状态下的冻融循环试验,观察总结了不同的冻融劣化现象,并采用CT扫描技术对经历0次、5次、10次、20次、40次冻融循环后的红砂岩试样进行了 CT扫描试验。针对扫描得到的冻融红砂岩CT原图像,首先借助灰度分布直方图对其进行了初步分析,认为灰度分布直方图中波峰的变化反映了不同冻融循环次数下红砂岩的内部损伤演化情况。进而通过图像降噪、图像增强等预处理操作,提高了图像的可视度,从而得到高质量的图像文件。借助K均值聚类算法确定分割阈值,对CT图像进行了图像分割,从而实现了二维层面上红砂岩孔隙结构的提取与量化。通过引入有限元分析方法,利用ANSYS分析了考虑孔隙结构的红砂岩模型在冻结环境下的温度分布以及冰膨胀力的产生规律。考虑到仅对二维断层扫描图像进行分析的局限性,以CT扫描图像为基础,采用三维重构技术对不同冻融次数下的红砂岩试样进行了三维重构,重构后的模型与真实红砂岩试样一致。对重构模型孔隙结构进行提取量化,定义冻融损伤变量,研究了冻融环境下红砂岩的损伤演化规律,在此基础上建立了冻融与荷载耦合作用下的岩石损伤本构模型,并通过与试验数据对比验证了其合理性。