储层岩石的渗透率是煤层气、页岩气和致密砂岩气等非常规天然气高效开采的关键参数。储层岩石渗透率的大小不仅受岩石的节理裂隙、层理等构造的影响，而且还与岩石所受到的应力状态和变形行为有关。储层岩石大多属于沉积岩类。层理构造为沉积岩类的重要组成结构。层理构造使储层岩石的力学行为和渗透特性呈现显著的各向异性；同时对这类岩石的裂纹扩展与破坏规律也有很大影响。储层岩石中孔隙压力与地应力等存在耦合作用，亦会对岩石内部裂纹的萌生、扩展以及岩石破裂特性等造成影响。本文以储层岩石中的砂岩、原煤和页岩为研究对象，进行了真三轴应力路径下储层岩石的渗流与破裂实验，重点研究了各向主应力和孔隙压力对有层理构造的储层岩石（砂岩、原煤和页岩）力学行为和破裂模式以及内部流体运移规律和作用机理。
　　本文的研究工作和取得成果如下：
　　①等体应力和偏应力条件下，在弹性变形范围内，砂岩的体应变随着罗德角的增加而减小，且体应变变化基本不受应力路径的影响；页岩具有典型的层理构造，其体应变与罗德角的相关性较弱，但应力路径显著影响着它的变形行为和渗透性变化规律。
　　②等体应力和偏应力条件下，砂岩的渗透率随剪应变的增加而增大。剪应变增加意味着砂岩颗粒之间的摩擦滑动增加，剪切位移利于砂岩渗透率的增长。页岩具有典型的层理构造，垂直于层理面的应力显著影响着页岩的渗流特性，这种作用强于页岩颗粒间的摩擦滑动效应。原煤的渗透率演化介于砂岩和页岩之间，这与其独有的割理结构有关。
　　③地应力和层理共同影响着煤体和页岩的渗透率。因煤体和页岩赋存环境的应力大小和相对层理位置的方向不同，地应力和层理构造对渗透率的控制存在竞争关系。相较于原煤，页岩表现出更加显著的层理依赖性。而原煤面割理结构对渗透率演化同样有着重要作用，层理对渗透率的控制并非起唯一决定作用。因层理弹性模量较小，不能忽略层理效应，尤其是当垂直于层理方向的应力较小时，层理具有强应力敏感性。
　　④原煤和页岩概念化地认为是由层理条带和非层理条带间隔排列组成的，并引入层理系数（垂直层理方向上层理总长度与煤体长度之比）表征层理的作用效果。根据原煤、页岩内部构造的不同以及渗透率演化差异，建立了各自真三轴应力条件下应力-应变关系模型和新渗透率模型。对原煤而言，通过层理系数和层理弹性模量将层理和非层理的应变分离，构建了真三轴应力条件下应力-应变关系模型。假定层理渗透率和非层理渗透率与各自的层理体应变、非层理体应变均呈指数关系，在应力-应变关系模型的基础上，提出并验证了能够反映层理和非层理对煤体渗透率不同影响的新渗透率模型。对页岩而言，通过引入表征页岩在压缩过程中层理力学特性向非层理转化过程的特征函数和特征参数，结合渗透率与孔隙率之间的幂律关系，建立了真三轴应力条件下应力相关型渗透率模型。通过与实验所测渗透率比较，原煤和页岩渗透率模型获得了良好的拟合结果。
　　⑤向煤体内注入高压流体致其破坏时，流体压力峰值随中间主应力的增加而减小。相比注入液态CO2和N2，增压注水时流体压力峰值最大。随着流体压力的增加，在最小主应力方向上煤体变形始终呈扩张态。低中间主应力水平下，煤体内主要形成沿层理面以及层理面附近扩展的拉伸裂隙。高中间主应力水平下，煤体内主裂隙呈斜穿层理结构的剪切破坏特性，形成了较大的煤块。孔隙压力增加过程中，裂隙扩展过程包括：1）煤颗粒翻转，2）高压流体作用下产生的拉伸裂隙所引起的层理面平移，3）偏应力作用下产生的剪切裂纹穿越层理面而形成宏观剪切滑移面，4）剪切裂纹在拉伸裂纹处中止扩展。
　　⑥在注入流体过程中煤体表现出明显的有效应力各向异性特性，这一过程中最大偏应力不断增大，最终导致煤体失稳破坏。利用修正裂纹滑动模型，得出煤体在失稳破坏前，裂纹密度参数演化规律。当远场应力一定时，裂纹密度参数随着流体压力的增加而增加，这与原煤应变变化是一致的。增压注水行为引起的裂纹密度参数相比注液态CO2和N2情况下较小，这是由水的黏度较大引起的。此外，裂纹密度参数随着水平应力差的增加而减小。修正裂纹滑动模型也能够较好地表征岩石在加速扩容阶段的应力-应变非线性行为。