细观非均匀性是非均匀介质(如岩石)的一种内在属性，是导致非均匀介质的变形、损伤和破坏呈现宏观分散性的根源。本文基于统计细观损伤力学和岩石的多尺度同步实验，用理论和实验相结合的方法探讨了岩石的细观非均匀性对其宏观变形、损伤和灾变的影响。　　 本文设计和构建了适合进行岩石变形、损伤和破坏研究的多尺度同步实验系统，实现了岩石变形、损伤和破坏的跨尺度实验研究。对三类在细观非均匀性上有代表性的岩石(大理岩、花岗岩和辉长岩)、两个尺寸(小试样5×5×13mm3和大试样20×20×40mm3)的样本进行了实验，得到了5种岩样(辉长岩小试样GabbroS，花岗岩大试样GraniteB，花岗岩小试样GraniteS，大理岩大试样MarbleB和大理岩小试样MarbleS)、共计800多个样本在单轴压缩实验下的名义应力-应变曲线(宏观尺度响应)、表面位移场和应变场序列(宏观局部尺度响应)和声发射序列(细观尺度响应)。结果表明，用这三种观测方法相互对照，可以有效地揭示细观非均匀性是如何影响岩石的宏观变形、损伤过程和灾变发生的。　　 本文基于岩石的多尺度同步实验数据分析，提出了实验确定岩样在单轴压缩实验下的初始状态、应变局部化点和灾变点的方法，统计分析了5种岩样的宏观特征参量(如初始弹性模量、及应变局部化、宏观强度和灾变点处的名义应力、名义应变和损伤)的均值、分散性和相关性。结果表明，宏观特征参量的均值和分散性除了与材料有关，还与试样尺寸相关；宏观特征参量之间的相关性随材料和特征参量种类的不同而不同，对试样的尺寸则不敏感。分析了应变局部化的出现和发展，统计表征了表面应变场在演化过程中的涨落特征，考察了岩样对宏观控制变量响应的敏感程度的演化特征。结果表明，在灾变前，表面应变场会出现应变局部化，其在不同尺度的涨落都有显著增加，而且基于不同尺度上的响应定义的敏感度都显著增加。也就是说，应变局部化、跨尺度涨落和临界敏感性是非均匀介质灾变破坏的共性特征。　　 本研究在统计细观损伤力学的理论框架下，用细观单元强度阈值的统计分布函数h(εc)表征介质的细观非均匀性，在平均场近似和准静态单调加载近似下，较为系统地探讨了非均匀介质的变形、损伤和破坏的行为特征。结果表明，细观非均匀性(h(εc))和弹性边界(刚度比k)都是影响非均匀介质宏观力学行为(包括名义应力-应变曲线、局部化、宏观强度、灾变和临界敏感性)的因素。特别地，当h(εc)遵从单峰模型时，非均匀介质的细观非均匀性增加(m减小)或刚度比k增加，都会导致局部化和灾变点的损伤增加。模型与实验结果的对比表明，平均场模型用于预测应变局部化点优于对宏观强度点的预测，优于对灾变点的预测。平均场模型虽然在局部化之后会失效，但平均场的结果却揭示了非均匀介质变形、损伤和破坏的一些基本特点和机理。此外，h(εc)的多峰结构可能是导致岩石实验中的样本个性和临界敏感性震荡性的原因。