页岩气的开发是作为国家未来能源开发的重点,但现有的开发水平仍与先进水平有一定差距。页岩气具有自生、自储、自封闭、饱含气、运移距离短、孔隙度低（3%-10%）、渗透率低（一般数个毫达西）等特点,需要注水压裂使得页岩内部产生裂缝开发出页岩气。其中水力裂缝的起裂和扩展机理是准确评价压裂效果的重要标准,根据压裂的效果从而优化调整压裂参数,最终达到提高石油天然气采收率的目标。本论文从探究水力裂缝的起裂和扩展规律出发,采用实验室内真三轴水力压裂试验模拟实际生产中的水力压裂情况,结合三维数值模拟水力压裂过程中水力裂缝的起裂和扩展,归纳总结页岩水力裂缝的起裂和扩展规律。本文的研究内容和成果包括:（1）总结了页岩水力压裂的基础理论,研究水压裂缝起裂的拉破坏和剪破坏理论,同时通过断裂力学破坏理论,总结了水力裂缝扩展的条件;通过单一水力裂缝和天然裂缝的相互作用,分析出了不同情况下水力裂缝的扩展模式。（2）选取川南地区的页岩露头,选取0°、45°、90°三个层理角度页岩试样进行单轴压缩破坏各向异性试验,通过分析了各向异性对应抗压强度的变化,利用变异系数分析发现同层理角度之间强度差距较小,不同角度差距较大,进一步分析各向异性对裂缝破坏模式,层理面破坏较容易,贯穿层理破坏较困难,存在明显的各向异性;通过X衍射进行全岩分析,得出矿物含量的脆性指数,再通过页岩试样的三轴压缩试验,得到了试样弹性模量、泊松比,进而计算了页岩试样的脆性指数,对页岩试样进行可压裂性评价,发现了此页岩在压裂过程中容易产生复杂的缝网。（3）实现在试验室尺度下进行页岩水力压裂试验,通过真三轴试验模拟页岩地应力,压力液注入系统条件下进行压裂模拟,声发射装置监测试样内部破裂产生的声发射现象,模拟实际生产中水力压裂的过程。试验结果得到了水力裂缝起裂的时间和起裂的大致压力,同时分析出水力裂缝的产生、扩展、进入层理,最后击穿层理的过程、时间以及大致压力,并用声发射数据进一步验证其合理性,同时分析出天然结构面会影响裂缝的产生,转向和最终缝网的形成。（4）运用abaqus中cohesive单元建立三维天然结构面-层理水力压裂模型,利用第三、四章的参数,模拟出水力裂缝在其中的扩展路径,分析了注入点的压力随时间变化情况和裂缝宽度随时间变化曲线,从而确定天然结构面-层理三维模型水力裂缝的起裂时间和起裂压力。通过对单个结构面上位移和应力分析,得到水力裂缝扩展的规律及各个面上起裂的时间规律,分析了距注水点不同距离层理的裂缝扩展规律,同时还分析了天然结构面和层理面对水力裂缝扩展的影响。