寒区隧道岩石在经历漫长地质作用的过程中,产生了大量的结构面,如裂隙、节理等。结构面对岩石的强度、刚度及稳定性都有很大的影响。本文针对寒区工程建设需要,把受冻融作用的裂隙岩石作为研究对象,在冻融循环试验研究的基础上,详细研究了冻融节理岩石的物理力学特性变化规律,探讨了不同冻融次数与岩石弹性模量之间的关系,并建立了冻融岩石损伤本构模型;考虑裂隙的冻胀扩展效应,研究了岩石低温水热耦合模型。研究了渗流场与温度场的互相耦合关系。本文开展的主要研究工作如下:(1)从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩石宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩石弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。(2)将岩石中的微裂隙等效为扁平状椭圆裂隙,基于断裂力学建立了单条微裂隙下裂隙扩展长度与冻胀力的关系,考虑岩石中微裂隙的分布,将岩石冻融条件下的应变分解为初始损伤应变、附加损伤应变和塑性应变,建立了弹塑性冻融损伤本构模型。最后,通过岩石冻融试验对该模型的合理性进行了验证,最后探讨了渗透系数,裂隙特征长度,以及不同冻融次数对岩石损伤的影响。(3)对含相变低温岩石进行了深入研究,着重考虑其热量传输,水分迁移与相变,考虑裂隙对岩石渗流场的影响,推导了裂隙体积与孔隙水压力之间的关系,采用冻结率表示岩石中含水量,含冰量的大小,采用有限差分方法对耦合方程进行求解,得出了不同时刻岩石的渗流场,温度场的分布情况,最后对等效导热系数,等效比热容对方程的影响进行了讨论。