岩石结构粘滑可在实验室中近似地再现地震发生过程,通过观测岩石结构粘滑发生过程中各种物理、力学量的变化,可深入研究地震的先兆特征,探索地震的发生机理。但是,现有的实验方法和系统难以获得高速且高分辨率的变形场信息,导致研究中对临滑前损伤的演化过程,以及滑动启动位置和传播方式等重要细节缺乏清楚了解。因此无法深入认识粘滑形成机理和失稳破坏规律。论文首先建立了岩石结构粘滑动态过程变形的图像测量系统,以双高速相机拼接的方式保证了图像的采集速度和空间分辨率的要求。针对测量时双相机间存在启动时差导致图像数据无法在时间轴上精确对准的问题,系统地研究了高速相机之间启动时差的量级和分布规律,同时发展了相机启动时差校正的方法。为进一步提高测量结果的分辨能力,论文发展了基于应变场统计的损伤演化分析方法和基于位移场统计的高速裂纹尖端定位方法。上述两种变形场“后处理”方法的提出不仅通过“以数量换质量”的做法进一步提高了图像测量的分辨率,而且为深入和定量分析粘滑动态过程中的损伤演化和裂纹扩展规律提供了有效的分析手段。在观测系统和数据分析方法研究的基础上,论文对岩石结构粘滑动态过程的变形行为进行了系统的实验研究和深入分析。通过对粘滑过程中的全场损伤因子的统计分析,发现滑动前的损伤积累过程复杂,先后经历缓增-突增-缓增三个过程。通过对动态失稳过程中断层两侧错动量的分析发现粘滑的滑动是由界面一点开始并快速传播至整个界面的过程。进一步分析滑动细节,发现粘滑的滑动过程存在复杂的速度结构,滑动构造的围压等对滑动的速度结构有重要影响。为了深入认识粘滑过程的损伤和破坏机理,论文将考虑界面微观结构的弹簧滑块模型引入岩石结构粘滑动态过程的研究中,基于实验参数和数据建立了考虑界面微观结构非均匀性和相互作用的岩石结构粘滑数值分析模型。通过对数值计算结果的分析发现,粘滑过程中断层的宏观失稳滑动是由断层界面局部微观凹凸体的破坏沿界面快速连锁式传播导致的。同时分析了岩石结构粘滑动态过程中沿断层的速度分布,推断滑动沿断层依次启动过程的力学实质是断层界面对破坏波的响应。本文通过系统的实验研究,并结合数值结果的分析,定量总结了粘滑过程中的损伤演化和裂纹扩展规律,进一步加深了对岩石结构粘滑失稳过程的认识,对深入研究地震发生过程及机理进行了探索。