岩石的损伤破坏是固体力学与岩土工程和机械工程领域共同关注的基础科学问题，需要精细的实验技术对其损伤破坏问题进行深入的实验研究。与此同时，数字图像相关是近年来发展迅速的光力学测量方法，具有光路简单、测量精度高、环境要求低、便于应用等优点。本文在对数字图像相关方法的误差分析、参数选取等关键技术环节进行了系统的分析研究的基础上，将该方法用于岩石材料的损伤破坏问题的实验力学研究，论文选题具有重要的科学意义与工程背景。本文讨论了二维数字图像相关方法的位移和应变测量误差问题，通过模拟散斑图片及数值实验，综合图像散斑质量、噪声、形函数匹配等多种因素，分析讨论了形函数及子区尺寸选取对位移测量精度的影响；考虑位移测量噪声、变形阶数等因素，研究了位移函数及应变计算窗口选取对应变测量的影响；并根据模拟结果讨论了子区尺寸，应变计算窗口等计算参数的优化选择。针对方柱型试件的力学实验，建立多平面DIC测试系统，实现了试件多个平面变形信息的同时获取，丰富了实验监测手段，并以砂岩试件单轴压缩破坏实验为例验证了该系统的有效性。论文搭建了三维数字图像相关测试软硬件系统，讨论了其位移测量误差问题，通过给定的相机模型生成左右相机模拟散斑图片，分析了不同散斑质量情况下子区尺寸选取和相机夹角，对立体匹配误差与三维世界坐标测量精度的影响。本文将三维数字图像相关方法应用于橡胶裂纹尖端三维变形场测量，针对大变形三维数字图像相关测量问题，提出了时序图像相关匹配技术，减少了匹配误差。利用该实验技术分析了橡胶裂尖场变形规律，实验表明该方法能有效的实现橡胶大变形测量。论文开展了基于数字图像相关的岩石损伤破坏实验研究。利用数字图像相关方法观测了均布力与集中力载荷作用下砂岩的变形损伤破坏过程，实验表明岩石试件在载荷作用下经历了弥散损伤累积、裂纹形核、裂纹扩展三个阶段，发现损伤演化存在损伤数值增大及空间聚集两个特点，在应变统计基础上提出了损伤因子和局部化因子，定量地表征岩石损伤演化和局部化程度；研究了循环载荷作用下岩石损伤破坏过程，利用变形场演化讨论了循环载荷对岩石损伤演化、裂纹形核、裂纹扩展的影响。