为研究冻融作用下含不同冲击损伤砂岩的动力学特性,对完整及不同初始损伤的泥质粉砂岩进行冻融后开展冲击加载试验,研究冻融作用对含初始损伤泥质粉砂岩的宏观动力学性能和损伤演化规律。结果表明:含初始损伤砂岩的纵波波速、弹性模量与冻融周期呈负相关;含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级初始损伤砂岩的纵波波速随冻融周期的增大分别下降了8.1%、11.9%、11.2%、16.8%,初始损伤等级越高的砂岩在冻融作用下纵波波速下降幅度越明显;冻融损伤和初始损伤耦合作用下砂岩弹性模量的变化速率逐渐增加,抵抗形变的能力逐渐下降,塑性逐渐增大;在冻融作用下含初始损伤砂岩的动态抗压强度与应变率呈指数衰减;初始损伤的存在加剧了冻融损伤对岩石的劣化作用,加快了砂岩自身宏观动力学性能的弱化速率。

针对寒区隧道围岩冻融损伤问题，文章以辽宁某在建隧道为工程背景，采用核磁共振和声波检测技术对不同冻融循环次数后的隧道围岩（砂岩）进行检测试验，同时对检测后的试样还进行了单轴加载试验，分析了冻融作用对隧道围岩加载前后的损伤劣化机制。结果表明：随着冻融循环次数的逐渐增加，试样的T2谱总面积逐渐增大，核磁共振T2谱信号逐渐增强，小孔隙T2谱面积占比逐渐提升，试样的纵波波速逐渐减小，应力-应变曲线的压密阶段和塑性屈服阶段在整个加载曲线中的占比逐渐增大，峰值强度、弹性模量均呈之间递减变化趋势，抗压强度、弹性模量均随T2谱面积的增大逐渐减小，随纵波波速的增大逐渐增大。

采用扫描电镜测试了祁连山冻土区天然气水合物储层泥岩和砂岩微观结构。在显微镜下观察到,泥岩由微小均匀的片状多边形块体构成,这种微观结构使得泥岩中水合物以浸染状赋存;而砂岩内部存在分散状孔隙,砂岩中水合物为孔隙赋存。采用瞬变平面热源法测试了含甲烷水合物储层岩石的导热系数和热扩散率。在温度为-9.41～9.41℃时,干泥岩导热系数为0.577～0.853 W·m-1·K-1,含甲烷水合物储层泥岩导热系数为0.704～1.050 W·m-1·K-1。在温度为-8.11～9.28℃时,干砂岩导热系数为0.828～1.271 W·m-1·K-1,含甲烷水合物储层砂岩导热系数为3.850～4.555 W·m-1·K-1。在温度为-9.41～9.41℃时,干泥岩热扩散率为0.712～0.894 mm2·s-1,含甲烷水合物储层泥岩热扩散率为0.792～1.006 mm2·s-1,干砂岩热扩散率为1.198～1.674 mm2·s-1,含甲烷水合物储层砂岩热扩散率为1.403～1.769 mm2·s-1。测试数据表明,对于孔隙型水合物,测定导热系数是一种较好的辨识水合物存在的辅助手段。