赤水丹霞地貌区红层砂岩广泛出露,该地区降雨量丰富,干湿循环作用明显,近年来人类工程活动与地质环境相互制约引起的工程地质问题逐年增多,而对于赤水红层岩石及岩体在干湿循环条件下的物理力学表现的研究,可以为当地类似环境下的工程地质问题提供参考依据。因此论文以赤水丹霞地貌区典型红层砂岩为研究对象,通过室内干湿循环试验研究红层砂岩在干湿循环作用下物理力学性能劣化、岩石材料损伤的问题。主要研究内容以及获得的成果如下:(1)通过前期资料收集、现场实地调查、岩石薄片鉴定等,对研究对象进行全面认识,确定岩石的矿物成分、结构、构造以及基本物理力学指标,为干湿循环作用下红层砂岩劣化效应及劣化机理的分析奠定物质基础。(2)对干湿循环条件下砂岩试样的物理力学指标进行测试,数据结果表明砂岩在干湿循环条件下物理力学性能基本都有呈对数关系的劣化效应。干湿循环初期劣化效应最明显,随着干湿循环的递增劣化幅度逐渐减小,通过对拟合公式的计算引入劣化系数进行各物理力学指标的劣化评价,总体上干燥状态物理力学指标的劣化速率比饱和状态的大。(3)把总开孔隙细分为大开孔隙、小开孔隙进行干湿循环过程中的孔隙分析,总开孔隙率、大开孔隙率随干湿循环次数的递增总体呈对数增长,小开孔隙率在一定范围内波动。在干湿循环过程中,不仅有孔隙的新增,小开孔隙还有过渡至大开孔隙的趋势,大开孔隙也有进一步扩大的趋势。对干湿循环条件下的砂岩试样进行扫描电镜(SEM)测试,其细观结构随干湿循环的递增逐渐劣化,表现在骨架颗粒周边的填隙物逐渐被破坏并形成微裂隙、孔隙,也验证了孔隙劣化规律的分析。(4)基于宏观物理力学参数与细观结构的劣化效应,从物理作用、化学作用分析了砂岩在干湿循环过程中的劣化机理。物理作用中的粘土矿物涨缩机制为劣化的主要控制因素,关键矿物为具有吸水膨胀并可分散成糊的蒙脱石;物理作用中的粒间摩擦软化机制也是在粘土矿物成糊或崩解后导致砂岩力学性能降低的,该损伤机制为次级因素;化学作用溶蚀机制为可能因素,其对物质属性及化学反应环境有一定的要求。(5)进行干湿循环条件下砂岩的单轴压缩试验及声发射参数采集,通过应力-应变曲线与应变能特征、声发射特征,把干湿循环条件下砂岩的单轴压缩过程分为裂隙压密、弹性变形、宏观破坏阶段,且定量化确定了各临界点。(6)首先基于纵波波速定义干湿循环作用对砂岩造成的损伤,然后再基于岩石微元强度服从Weibull分布的岩石统计损伤理论,在考虑了干湿循环作用造成初始损伤的基础上建立了干湿循环作用与单轴压缩作用耦合的损伤变量演化方程。根据Lemaitre应变等价理论建立砂岩干湿循环条件下单轴压缩的损伤本构模型,并针对Lemaitre应变等价理论未考虑裂隙压密阶段的应变释放以及后续过程中塑性应变的情况,对模型进行了修正。有效介质理论对孔隙的压缩及骨架的应变有更合理的解释,基于此建立裂隙压密阶段的损伤本构模型。最后根据干湿循环条件下砂岩在压缩过程中的变形破坏特征,采用分段的方式建立全过程损伤本构模型,经验证后该模型除峰值强度与试验值稍有误差外,能较合理的反映砂岩在单轴压缩过程中的力学响应。