页岩储层的低渗特性是页岩气高效开采面临的最大障碍,而水力压裂作为储层增渗的重要方法,可以显著提高页岩气采收率,在页岩气藏开采中得到广泛应用。然而,页岩储层的非均质性如何影响水力裂缝起裂和扩展的机理至今不明,难以预测多井孔间应力场叠加下多簇裂缝的扩展,致使页岩气藏高效开采具有较大不确定性。因此,页岩非均质性和井孔布置对水力压裂成缝的影响机理是页岩储层水力压裂的关键科学问题。本文从细观力学角度出发,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,从细观层面研究了页岩非均质性和井孔布置对裂缝形态、破裂模式、应力分布、破裂压力的影响,得到如下研究成果:（1）建立了单轴压缩的颗粒流模型,分析了细观基质和层理参数对层理页岩单轴强度、弹性模量、泊松比等宏观力学参数的影响,得到宏观力学参数和细观力学参数的关系。研究发现:关于基质参数的影响,单轴压缩强度受细观拉伸强度、粘聚力、摩擦角影响较大,宏观弹性模量与细观弹性模量和刚度比相关,泊松比主要受刚度比影响。关于层理参数的影响,单轴压缩强度主要受粘聚力影响,宏观弹性模量受层理法向刚度和切向刚度影响,且这些影响随层理角的变化而变化。（2）建立了一个层理页岩水力压裂细观力学模拟模型,分析了页岩储层非均质性（含层理角和颗粒非均质性）对破裂压力、裂缝数量、井孔附近周向应力分布的影响。结果表明,层理角主要影响水力裂缝扩展路径,发生在水力裂缝扩展到层理面区域,而颗粒非均匀性主要影响井孔周围的局部应力分布,影响水力裂缝扩展方向。颗粒非均匀性越强,井孔附近周向应力分布越不规律,水力裂缝更容易从井孔其他位置产生,而非远场最大主应力方向。（3）建立了多井孔水力压裂模拟模型,分析了多簇裂缝的扩展规律和裂缝形态。研究了不同地应力差、簇间距、压裂次序下两簇、三簇裂缝扩展和裂缝形态演化规律,揭示了应力阴影效应对多簇裂缝扩展的作用机制。研究表明,地应力差和簇间距对水力裂缝形态的影响显著,高地应力差和簇间距会有效降低应力阴影效应对水力裂缝扩展的影响;在相同条件下,顺序压裂有利于不同裂缝簇间连通,形成十字裂缝,加快水力裂缝扩展速度。