我国的非常规油气储层岩层致密、孔隙度和渗透率极低,开采难度大,严重制约着我国非常规油气的生产,水力压裂技术作为一种增产技术工艺,成为了提升我国油气资源利用效率的重要手段,然而现有水力裂缝扩展机理研究尚滞后于实际工程应用,因此有必要针对水力裂缝扩展行为展开进一步研究。本文以水力压裂技术的工程应用为背景,以理论分析为依据、模型试验为基础、数值分析为手段,针对常规水力压裂与循环水力压裂两种压裂技术,分别从定性与定量的角度,研究了水力压裂过程中水力裂缝的起裂与扩展行为,主要工作如下:(1)开展了常规水力压裂室内模型试验,发现试件破坏时仅出现一条水力裂缝,裂缝扩展方向垂直于最小主应力方向,而预置裂纹的存在会降低试块的破裂水压力,当预置裂纹倾角增加,破裂压力有下降的趋势,而裂纹起裂方向与最小主应力方向垂直度随之增加。(2)开展了循环水力压裂室内模型试验,发现试块上表面出现多条裂纹,上层出现剥落现象,但是主裂纹只有一条,扩展方向垂直于最小主应力方向,同时预置裂纹的存在会影响水力裂缝的扩展方向以及偏转路径。(3)基于线弹性断裂力学相关理论,建立了水力压裂扩展有限元数值计算模型,结合该模型提出了一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的数值计算方法,通过与室内试验结果对比证明了方法的可靠性。(4)基于常规水力压裂数值计算模型,研究了预置裂纹倾角与围压应力对水力裂缝扩展行为的影响,发现对于常规水力压裂技术而言,围压应力与预置裂纹倾角对水力裂缝的起裂水压力、裂尖拉应力、起裂角以及偏转路径有明显的影响,水力裂缝扩展路径偏转程度与水压力呈正相关关系。(5)基于线弹性断裂力学与Paris裂纹疲劳扩展公式,建立了水力裂纹疲劳扩展数值计算模型,研究了水力裂纹疲劳扩展相关力学特性,发现对于循环水力压裂,应力水平对水力裂缝的偏转程度有明显的影响,裂缝偏转角与应力水平呈负相关关系,因此可以通过较小水压力使水力裂缝产生明显的偏转效果。