目前我国煤炭生产的重心已经逐渐转移到晋蒙陕宁甘等西部地区，上述地区广泛分布着形成于侏罗纪、白垩纪的弱胶结煤系地层，其中弱胶结砂岩是地层主要成分之一。对于煤矿建设生产过程中的矿山压力控制，弱胶结砂岩的力学特性具有重要影响，因此研究弱胶结砂岩的力学特性对岩层破坏机理和顶底板失稳控制具有重要的理论和实际意义。本文以取自陕北榆横矿区小纪汗煤矿的弱胶结砂岩为研究对象，基于细观结构测试、多种力学实验、理论分析及数值模拟等技术方法，分析了弱胶结砂岩的细观结构、矿物成分，研究了力学特性和变形特征，以及能量演化规律和声发射特征，提出弱胶结砂岩的本构模型并进行数值实现。主要研究内容如下:
　　1.分析了弱胶结煤系地层的分布情况以及成岩作用，系统地研究了弱胶结砂岩主要的成岩过程及特点，分析了其胶结特征;通过偏光显微镜、X射线衍射分析以及扫描电镜等细观检测方法分析弱胶结砂岩的矿物成分及细观结构，研究了其矿物颗粒的主要成分、胶结物的类型以及矿物颗粒和胶结物之间的骨架结构等。上述特点对于弱胶结砂岩力学特性产生显著影响。
　　2.基于弱胶结砂岩的基本力学特性，提出了以“轴向应变法”确定压密阶段来表征砂岩弱胶结力学特性，针对弱胶结粗砂岩和中砂岩进行压密段长度的分析并与其它类型砂岩比对，分析了小纪汗弱胶结砂岩在单轴压缩下压密阶段较长的特征，提出了以“严密阶段应变占峰前应变的比例较高”这一指征来鉴别弱胶结砂岩;同时研究了不同围压对弱胶结砂岩压密段的影响。
　　3.对干燥和饱和弱胶结砂岩试件进行单轴循环载荷实验，研究其在循环载荷过程中的力学响应，分析了水岩作用对弱胶结砂岩的弱化机理;分析了随循环次数增加干燥和饱和弱胶结砂岩中的弹性应变能、耗散能的演化规律，从能量角度研究了干燥、饱水状态下岩石损伤破坏过程中能量累积与耗散特征、能量与损伤之间的内在机制，以及弱胶结砂岩对水作用的敏感性。
　　4.开展了弱胶结砂岩单轴压缩声发射实验，研究了声发射计数与能率曲线的特征类型及和声发射事件时空演化规律;分析了层理倾角对声发射特征以及声发射事件时空分布的影响;对于干燥和饱和弱胶结砂岩进行循环载荷单轴声发射实验，研究了水岩作用对声发射特征的影响，并基于加卸载响应比理论分析弱胶结砂岩的声发射破坏前兆特征。
　　5.构建了弱胶结砂岩“双应变胡克(TPHM)-统计损伤”分段式本构模型;采用数字图像技术和统计方法对弱胶结砂岩CT扫描数字影像灰度分布特征进行分析，得到了基于灰度的岩石均质度m;在此基础上通过嵌入FLAC3D对提出的本构模型进行验证，得到了应力，应变曲线，进一步分析了弱胶结砂岩破坏过程中的三维应力场及损伤区变化特征。