数字化岩石分析-数值模拟技术目前已经成为岩土工程领域的新兴科学研究方法,并且广泛应用于岩石物理、力学、水力学和热力学特性研究、破裂机理研究和微观流体流动及传热传质机理研究。如建筑物微观力学特性和可靠度研究、爆破过程中岩石损伤模拟、页岩气开发过程的裂纹扩展和页岩气微观运移机制研究。数字化岩石分析-数值模拟技术可以快速地获取常用的岩石物理力学参数（如孔隙率和渗透率）,并且可以定量地分析孔隙尺度变量对岩石力学、水力学和热力学特性的影响,还可以直观地揭示流体（如页岩气和石油）在岩石微结构模型（孔隙模型和裂隙模型）中的运移机制,对实际工程活动（如建筑物结构健康检测,页岩气、石油和地热能开发）具有十分重要的理论指导意义和实际应用价值。本文主要基于岩石力学、流体力学、数字化图像学和计算力学的多学科交叉理论,结合实验分析、理论研究和数值模拟围绕岩石孔隙尺度模型提出了一种基于岩石数字化试样（RDS）的岩石微结构分析系统框架来获取常规的岩石物理力学参数,并利用数字化3D重构技术分析宏观-微观尺度下的砂岩损伤断裂机制。本方法利用X-ray CT成像技术获得了砂岩在单轴压缩和三轴压缩（围压=10,20和30MPa）下的数字化损伤图像。基于数字岩石分析-数值模拟分析技术提出了一种数字化色差分割算法（DCDS）来分割裂纹、孔隙和固体微结构;定义了数字化孔隙尺度变量来确定常用的岩石物理力学参数;提出了一种数字化MPS-MC耦合3D重构算法来建立岩石微结构模型。通过建立的3D砂岩宏-微结构模型,揭示了宏-微观尺度下砂岩裂纹扩展机理。该研究主要内容和成果如下:（1）利用SIEMENS-SOMATOM scope X-ray CT成像设备和Rock 600-50 HT PLUS型多功能岩石测试系统获取了砂岩试样（含不同配置的预制裂纹）在单轴压缩和砂岩试样在三轴压缩（围压=10,20和30MPa）下的实验数据和X-ray CT图像数据。（2）提出了一种数字化色差分割算法（DCDS）:通过数字化图像分析,建立数字化色差图形获取裂纹分割阈值和孔隙分割阈值来准确分割裂纹相、孔隙相和固体基质相。通过砂岩数字化图像的微结构化显示,保留最真实的空间几何结构和拓扑结构来最大限度地提取真实的砂岩微结构模型。（3）提出了一种基于多点地质统计（MPS）和移动立方体（MC）方法的3D耦合重构算法来重构砂岩孔隙-固体微结构模型和裂纹-孔隙-固体微结构模型。通过对比相关数字化微结构模型参数,确定了微结构模型与真实模型之间统计分布的等价意义。（4）定义了孔隙尺度变量来定量地确定砂岩微结构特征,运用数字化3D重构技术定量地分析砂岩破坏过程中的裂纹起裂、扩展和闭合特征,直观地揭示了砂岩试件（含不同配置的预制裂纹）在单轴压缩和砂岩试件在三轴压缩（围压=10,20和30MPa）下的损伤断裂过程。（5）基于数字化岩石-数值模拟技术快速地获取了基础的砂岩物理力学参数,如孔隙率、比表面积,曲折度,渗透性,等效热导率等。（6）基于建立的数字化微结构砂岩试样,运用数字化模拟技术研究了砂岩数字化试样（含不同配置的预置裂纹）在单轴压缩和砂岩试件三轴压缩（围压=10,20和30MPa）下的破裂特征和微结构力学特性。