随着油气能源开采等地下工程建设逐渐深部化,深部复合储层中复合岩石在地应力作用下的力学性能已成为科学研究和工程建设的关注焦点。层状复合岩石的力学性能不仅受密度、层理面、非均质性等内部结构产状的影响,在外部应力状态下其受力变形情况更为复杂。层状复合岩石在围岩压力下的变形特征、强度参数等力学性能对油气抽采领域中的钻完井、水力压裂、井壁维护等技术环节的影响不可忽略。因此本文基于室内试验并结合理论分析及数值模拟等方法对水平层状复合岩石的力学特性及本构关系展开研究,本研究的主要内容及方法包括以下几个方面:（1）在相似理论体系的基础上,推导了与吉木萨尔盆地原岩相匹配的相似模型,得到两类相似材料的基本物理力学特性,以此作为相似准则指导相似模型试验。应用相似原材料进行多组配合比试验,采用定制模具制备了包括层状复合岩石在内的三类岩石。（2）对三类岩石开展单轴压缩试验,并同时采用DIC数字图像系统（Digital Image Correlation）和声发射（Acoustic Emission）系统对其单轴压缩过程中的表面应变特性和内部损伤状况进行实时监测,获取了三类岩石单轴下的抗压强度、弹性模量等物理力学参数,并分析了层状复合岩石的外部变形特征和声学信号随单轴应力发展的变化规律。（3）通过对三类岩石开展三轴压缩试验,获得了三类岩石不同围压下的抗压强度、弹性模量及峰值应变等力学参数,得出三轴压缩下三类岩石的抗压强度、弹性模量及峰值应变与围压的成正相关。分析不同围压下层状复合岩石的主要破坏模式为:（1）沿层理面滑移在局部剪切的剪切-滑移破坏;（2）在强度较低部分剪切破碎、强度较高部分形成的张拉裂纹的张-剪破坏。推导了层状复合岩石统计损伤演化方程及本构模型,并分别建立了单轴压缩下基于DIC表观应变和声发射振铃特征的层状复合岩石损伤模型,通过对比试验曲线和模型拟合曲线表明,所建立的损伤本构模型可合理地表征层状复合岩石的损伤演化过程。（4）基于COMSOL有限元数值软件,对所建立的层状复合岩石统计损伤本构模型进行数值计算,模拟了不同外部应力条件下层状复合岩石的应力应变特性,仿真结果验证了试验中层状复合岩石应力应变场的演化特征。