我国的能源供给的大部分仍然是靠煤炭来完成,由于储量分布不均再加上中东部地区早期开发早,所以我国中东部地区煤炭资源几乎消耗殆尽,因此形成了我国现在煤炭开发的格局,即向深部以及西部地区发展的趋势。特殊的成岩环境和沉积过程,造成我国西部地区广泛分布着中生代侏罗系、白垩系胶结程度较低的一类软岩地层。弱胶结岩石的胶结能力差,受扰动后易产生裂隙,形成导水通道,给工程建设和安全带来隐患。目前工程中常采用人工冻结法进行施工,冻结地层开挖过程中,常使用动力机械开挖或者钻眼爆破法。无论是哪种方法,冻结岩体都经常处于动态荷载中,冻结岩体在动态荷载下的力学响应不仅关系到工程的高效掘进,还影响到冻结壁的安全稳定。本文针对西部井筒工程中常见的弱胶结红砂岩,对其负温环境下的动态力学性质开展研究。从加载速率、温度效应、侧向约束作用三个方面为切入点,利用改进后的霍普金森杆实验系统,首先对常温下干燥和饱水弱胶结红砂岩动态力学性质进行研究,分析含水条件对其动态力学性质的影响;其次,根据现场冻结温度,设置试验温度梯度为25℃～-25℃,开展负温环境下弱胶结红砂岩的动态压缩、拉伸性能研究,建立加载速率、温度、约束状态与其动态力学特征参数的关系;基于SHPB能量分析方法,分析讨论了单轴压缩加载时冻结饱水弱胶结红砂岩的能量耗散规律,最后分析了岩石的宏细观破坏特征,并进行了相应的解释。围绕着负温环境下弱胶结红砂岩动态力学响应,本文取得了一定的结论,主要表述如下:（1）采用XRD、SEM、低温压力机、声波测试仪等多种测试手段对弱胶结红砂岩的物理力学性质进行分析。通过试验确定了弱胶结红砂岩的矿物成分,岩石内部颗粒接触方式,纵波波速特征等。准静态试验结果表明,干燥和饱水状态下弱胶结的力学特征参数均具有显著的温度效应。干燥岩石的压缩强度、拉伸强度均随着温度的降低而增加;饱水岩石的压缩强度、拉伸强度随温度降低先增加后减小的变化趋势,拐点均在-15℃出现。对比干燥和饱水岩石的准静态力学强度及弹性模量,发现水的存在对弱胶结岩石力学行为具有显著的影响,干燥岩石抗变形能力强于饱水岩石。（2）针对含水状态对弱胶结红砂岩动态力学性质影响,通过调节撞击杆冲击速率下施加不同荷载,开展了两种含水状态下岩石的单轴及侧向约束下的动态压缩试验,以及基于巴西圆盘试验的动态劈裂拉伸试验。通过试验得出,岩石动态力学性质与加载速率（应变率、加载率）密切相关,各项力学特征参数均表现出加载速率的强化效应。水的存在对弱胶结岩石有显著的劣化效应,干燥岩石动态强度均大于相应的荷载形式下的饱水岩石强度。侧向约束对岩石的动态力学性质影响显著,动态压缩荷载作用下,岩石的强度及临界应变均显著提升。（3）针对负温环境下的饱水弱胶结红砂岩动态力学响应问题,利用改进后的SHPB实验系统进行了不同应变率的动态压缩试验,及基于巴西圆盘实验的动态劈裂拉伸试验,分析和讨论了负温梯度、应变率及约束状态对饱水弱胶结红砂岩的动态力学响应的作用规律。试验发现,负温范围内对岩石破坏随着温度降低存在由脆性向塑性转变的趋势;各温度下饱水弱胶结红砂岩均对应变率敏感,随应变率的增加出现强度提高的特征。综合考虑弱胶结岩石的温度效应和应变率效应,对两个主要影响因素与强度进行拟合,发现各温度下动态单轴压缩强度与应变率的关系可以近似的表示为:对比单轴及侧向约束时的动态强度发现,各温度下侧向约束影响因子值均大于1,体现了侧向约束对负温环境下岩石承载能力的提升。（4）饱水弱胶结岩石的强度和动态弹性模量在动态荷载作用下表现出显著的温度效应。在室温至-15℃范围内,岩石动态压缩强度随温度降低呈增高趋势,-15℃～-25℃温度范围内,随温度降低强度减小,在负温范围内呈双折线状,表明弱胶结红砂岩的动态拉伸性质同样受到加载率和温度环境的共同影响。（5）基于SHPB的能量算法,对弱胶结岩石在动态单轴压缩破坏中的能量耗散问题进行研究,分别对常温下干燥和饱水岩石、负温下饱水弱胶结红砂岩的耗散能随加载速率和温度变化关系进行分析和讨论。结果发现,常温下干燥和饱水试样的耗散能均具有显著的应变率相关性,与应变率具有线性正相关关系。当岩石处于负温环境时,在低应变率下内部颗粒是主要的力学响应载体,当应变率增加后,温度对其内部结构的作用开始显现。为预测弱胶结红砂岩的能量耗散能力,建立单位岩石体积耗散能与温度和应变率的关系。（6）针对经历水力热耦合作用后的岩石宏细观破坏特征进行分析。首先对压缩及拉伸荷载作用下的岩石破碎形态进行研究,分析温度及加载速率对岩石破坏的作用规律。对水热岩耦合作用机理进行分析,提出了温度的强化作用和弱化作用的细观机制,强化作用主要体现在岩石内部机制的收缩,水冰相变对岩石内部孔隙的固态填充,弱化作用是由于颗粒间在负温下收缩系数不匹配,水冰相变引起的冻胀力作用。就本试验而言在-5℃～-15℃温度范围内,强化作用起主导地位,在-15℃～-25℃温度范围内,弱化作用则更为显著。（7）通过对岩石断口的SEM图像分析发现,弱胶结红砂岩的断裂形式主要为胶结物破坏,颗粒间破坏,伴有少量的穿颗粒破坏,温度梯度对岩石断口形貌产生显著影响。