“一带一路”战略的深入实施,为我国高寒地区的发展提供了新的契机。随着寒区岩土工程规模的不断增加,冻融循环导致的岩石损伤、承载力下降引发的冻融灾害问题不断涌现,而冻融灾害是影响寒区岩土工程稳定性的关键问题之一。因此,本文以实际寒区岩土工程为背景,以试验为基础,采用图像处理技术和统计分形理论相结合的方法,获取能够准确表征冻融岩石内部结构特征的细观参量,在连续损伤力学的框架内将细观特征引入宏观力学模型,系统地刻画了岩石随冻融循环作用的损伤演化行为,并在此基础上,利用有限元分析软件ABAQUS进行多物理场数值分析。将实地采样获取的新鲜红砂岩加工成标准试样。试样分为冻融组和CT组,以±20℃为温度循环区间,先对岩石进行冻融循环试验,其次将经历不同冻融循环次数后的岩石进行CT扫描及力学特性试验,获取表征冻融岩石细观结构的CT图像。利用图像处理技术对获得的CT图像进行图像去噪、增强、二值化处理以及三维重构,获取清晰表征岩石真实细观结构的二维图像以及三维数字化模型。采用分形理论和统计理论,统计计算了冻融岩石的灰度值、孔隙率及分形维数,分析不同冻融次数下岩石的细观损伤演化规律,并建立了用细观结构变化表示的岩石冻融损伤变量。将前文建立的冻融岩石损伤变量引入能够反映岩石宏观变形破坏行为的本构关系,考虑残余阶段的变形特征,建立冻融荷载耦合作用下反映岩石变形全过程的岩石损伤本构模型,并与试验进行对比,验证了模型合理性。通过数值分析软件,对红砂岩的冻融循环以及单轴压缩过程进行模拟,研究不同冻融循环作用下温度的热传递效应以及荷载作用下岩石的应力应变曲线及强度分布规律,并与试验进行对比验证。