定量可视化地确定复杂孔隙地质材料内部三维应力场的分布和演化,对解决地质、矿业、土木等工程领域中应力主导的材料内部变形、裂纹扩展、渗流等问题具有重要意义。例如天然岩体中复杂孔隙结构内部的三维应力场严重影响着煤炭开采时采动应力场的分布、石油开采中孔隙压力的变化、页岩气开采时渗透性的改善等;岩土工程中深埋隧道、硐室等地下工程的长期稳定与安全与其围岩中高应力集中形成的损伤区直接相关。从本质上讲,孔隙地质材料内部结构和全场应力分布决定着材料受载后的力学响应,但是孔隙结构和内部应力场的复杂性和不可见性使得精确描述和定量表征孔隙结构材料内部隐藏的三维结构和应力场异常困难。目前测量孔隙结构内部应力场的方法包括理论分析、现场监测、实验室实验、数值模拟等。但是,理论分析对于复杂不规则几何结构孔隙,难以从理论上解析其内部全场的应力分布;现场监测由于其有限的测量数据,难以建立在整个煤层开采、隧道建设等工程活动过程中三维全场应力的分布和演化;常规的岩石力学实验往往基于宏观的力学响应,来推断模型内部应力场的分布特征,而不是直接测量材料内部的全场应力分布。为了解决这些问题,数值模拟作为一种直观定量地确定材料内部应力场的方法得以快速发展,但是其在材料物理力学参数的选取、网格的划分、计算单元的定义、本构关系的确定、模拟结果的验证,特别是三维结构内部应力场的准确性验证等问题上的挑战,使其精确性有待提高。这些困难的存在使得数值模拟研究难以完全替代实验室测量,因此,需要发展一种针对复杂结构的内部全场应力的实验测量方法,既可避免数值模拟研究中的不足,又可验证数值模拟全场应力计算的结果。但是,如何精确提取和测量材料内部复杂的三维孔隙结构和应力场,是阻碍三维应力场实验测量的关键性难题。针对如何精确提取和测量材料内部复杂的三维孔隙结构和应力场问题,本研究旨在建立一种岩石内部复杂三维孔隙结构和应力场的定量可视化方法。本研究采用微焦点CT扫描、数字图像重构和3D打印技术,提取岩石三维孔隙结构特征,建立了复杂孔隙结构的三维数字和物理模型,实现了复杂孔隙结构的物理透明化表征;研究了 3D打印成型的透明光敏材料的力学和光学特性;提出了连续加载过程中复杂孔隙结构模型内部二维应力场全场演化的定量识别与可视化方法;发展了三维应力冻结、相移法和解包裹技术,提出了复杂孔隙结构内部应力场的定量提取与可视化方法。通过实验和数值模拟计算结果的对比,验证了本研究提出的复杂孔隙结构内部应力场定量提取和可视化方法的有效性和精确性,评价了受压复杂孔隙结构内部形成的潜在剪切破坏面和局部孔隙周边形成的环状高应力区。本文研究的主要创新点如下:（1）采用微焦点CT扫描、数字图像重构和3D打印技术,通过提取岩石孔隙结构特征,构建了复杂孔隙结构的三维数字和物理模型,实现岩石复杂孔隙结构的物理透明化表征;（2）针对孔隙结构三维应力场定量与可视化分析的需要,实验研究了适用于3D打印成型的透明光敏性材料的力学和光学特性,分析揭示了光固化成型过程对三维透明物理模型的光学与力学性质的影响;（3）提出了连续加载过程中复杂孔隙结构内部二维应力场全场演化的定量识别与可视化方法,为解决以往光弹性方法中难以定量分析复杂孔隙结构应力场全场演化的难题开辟了途径。（4）发展了复杂孔隙结构的三维应力冻结、相移法和解包裹技术,提出了连续荷载作用下复杂孔隙结构内部三维应力场的定量提取与可视化方法,为实现复杂孔隙结构内部三维应力场全场演化的物理表征创造了条件。