为了揭示应力扰动和卸载围压作用下大理岩损伤破裂的物理过程和非线性力学行为，采用GCTS RTR-2000伺服加载岩石力学试验机进行了岩石疲劳卸围压试验，同时对破坏试样进行了压后裂纹形态CT扫描可视化分析。结果表明：周期性的加卸载作用对大理岩起到了主因损伤作用，卸围压的作用对大理岩起到了根本性的破坏作用。岩石疲劳循环形成滞回环，滞回环面积由疏变密，滞回环加载和卸载曲线接近重合，加卸载模量近似相等；岩石经过卸围压作用，岩石的轴向、径向和体积应变表现为不同程度增大，表明应变对围压降低具有强敏感性，敏感程度由高到低依次为体积应变、径向应变和轴向应变；由于疲劳循环的影响，卸围压作用产生的围压降幅随循环次数增多而降低，卸围压时长随循环次数增多而减少；量化宏观应变变形，求得应变损伤指数Da，Dr和Dv，疲劳循环次数越多，应变损伤指数越大；岩石破坏后细观CT扫描揭示了疲劳循环损伤对岩石破裂形态影响的内在机制，随疲劳循环次数的增加裂纹密度和规模显著增加。研究成果可为地下工程疲劳活动规律和开挖卸荷问题提供理论和模型支撑。