给人类社会带来巨大灾难的强烈地震、大规模滑坡、大型建筑物跨塌等事件是一类复杂的灾变现象，由于其突发性和不确定性、介质结构和应力状态的复杂性、以及动力学演化过程的非线性等诸多因素，致使灾变预测成为长期困扰国内外研究者的一大难题。从力学角度考察，这些灾变现象属于无序非均匀脆性介质的损伤演化诱致灾变现象。本人所在课题组，基于所发展的统计细观损伤力学，对岩石、混凝土等典型无序非均匀脆性介质，在准静态、单调、单轴加载的简单应力状态下，研究了损伤演化诱致灾变现象，揭示了灾变的某些共性前兆，包括损伤局部化和灾变的幂律奇异性等，为灾变预测提供一些可能的线索。但是，在自然界和实际工程中的灾变性破坏大多是在复杂应力状态下发生的。本文试图把关于损伤演化诱致灾变的研究扩展到应力状态比较复杂的情形，从实验观测、数值分析以及理论模型三方面研究在双轴加载下非均匀介质损伤演化诱致灾变破坏的问题。将这些认识用于分析东日本大地震和汶川地震的地表应变场斑图，试图为揭示地震破坏规律和地震预测提供可能的线索。　　 本研究主要内容包括：搭建了双轴加载的同步加载和数据采集实验系统，测定并分析了试验机刚度及加载控制性能，标定了白光散斑相关方法的位移测量。对混凝土进行了应变等比例控制的双轴加载实验，得到了双轴名义应力-应变曲线，以及相应的同步表面散斑图像。分析了双轴名义应力-应变演化规律，研究了灾变和准连续两种破坏模式发生的条件。利用数字散斑相关方法计算了加载过程中试样表面位移场及变形场，分析了表面变形场的跨尺度涨落演化规律以及变形局部化的空间演化。提出了基于平均场近似的数值单元模型，采用摩尔-库伦准则判断细观单元的破坏，用Weibull分布描述细观单元强度的非均匀性，进行了双轴准静态加载下的数值模拟，得到的双轴名义应力-应变演化规律，应变的跨尺度涨落特性以及局部化的空间演化。数值模拟得到的损伤演化与灾变的特征与实验结果吻合。在实验和数值分析的基础上，根据所提出的复杂应力下的损伤演化模型，建立了含损伤的本构方程。根据实验及数值模拟中观察到的双轴载荷下局部化存在的形式，给出了双轴加载下灾变发生的条件。经过进一步的理论推导，得出灾变前双轴名义折减损伤的响应函数具有幂指数为-1/2的具有普适性的幂律奇异性特征，该幂律奇异性在实验和数值分析中得到了验证，这个结果意味着，在复杂应力状况下，灾变的幂律奇异性仍然可能是灾变的一种共性前兆。以汶川地震和东日本大地震为例，基于GPS同震观测，重构了同震应变增量分布，并估计了应变能释放的量级与主要释放区域，估算能量与地震波测得能量在量级上一致，结果表明与非均匀介质灾变一样，地震事件是自持过程，与非均匀介质损伤演化诱致灾变现象属于相同类型。另外，分析了汶川地震震前与同震变形的相关性。采用双调和样条插值方法对GPS观测数据进行了空间分布的重构，分析了GPS布点特征距离与场变化特征尺度之比对重构精度的影响，并将此应用到GPS数据重构的误差估计，确保了可信信息的读取。在重构结果中，发现汶川地震区域在震前变形增量加剧，变形增量梯度大，这与已有的非均匀介质损伤演化诱致灾变的研究结果相符。另外，结合非均匀介质响应的特征和板块匀速近似假设，以震前观测和汶川地震时间作为后验，发现变形对时间的响应函数的幂律指数为-1/2的区域包含了汶川地震发生的区域，这个结果可能与灾变的幂律奇异性有关。这些工作表明，恰当利用GPS数据可能为地震预测提供有价值的线索。