我国是世界上的能源消费大国之一,天然气对外依存度高,同时页岩气储量位居全球第一,产量位居世界第二,因此,页岩气勘探开发是未来天然气增储上产的重要组成部分。水平井分段多簇压裂技术是页岩气开发的核心技术,其增产效果显著,但多簇裂缝非均匀扩展现象仍严重制约该技术的增产效果。因此深入研究多簇水力裂缝起裂与扩展规律对页岩气高效开发具有重要意义。本文针对该问题,开展了岩石力学特性、真三轴多簇压裂物理模拟试验和数值模拟研究,具体包括以下几方面:（1）X射线衍射分析表明,页岩中脆性矿物含量占80.43%,页岩脆性较强;通过单、三轴压缩试验、巴西劈裂试验、断裂韧性试验和直剪试验,获取了页岩抗压强度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、Ⅰ型断裂韧性、粘聚力、内摩擦角等力学参量,为后续压裂物模和数模研究提供了重要基础参数。（2）基于现有的室内真三轴压裂试验系统,增加了应变监测系统和多通道分流与监测系统,并通过设计多通道压裂井筒和复合包裹层状人工压裂试样,改进了多簇水力裂缝起裂与扩展物理模拟试验系统,并形成了多簇压裂试验方法;多通道压裂井筒和多簇分流与监测系统配合使用,不仅实现了多簇裂缝起裂与扩展,而且实时记录压裂过程中各簇通道瞬时流量、累积注入体积、压力等参数,为了解各簇通道间的流量竞争及分配机制提供了直接的观测手段;开展的真三轴多簇压裂试验验证了该试验系统的有效性。（3）开展了多簇水力压裂物理模拟试验研究,研究了水平应力差、排量、层理结构和簇间距对多簇水力裂缝起裂与扩展的影响。结果表明:多簇水力裂缝间存在两种起裂模式——同时起裂与顺序起裂;同时起裂时,多簇水力裂缝间的相互作用通常是吸引,也存在互相排斥的现象;顺序起裂时,后续的水力裂缝与前一个裂缝相交或偏离;裂缝间的相互作用随水平应力差、层理数量和簇间距的减小而加剧,随排量的增大而减弱。（4）基于所测页岩的岩石力学参数,采用扩展有限元法,建立了二维多簇水力裂缝扩展模型,分析了两种起裂模式下,水平应力差、排量、簇间距和多簇数对多簇裂缝扩展形态的影响,结果表明:水平应力差增大时,各簇裂缝的偏转角逐渐减小,单侧最大扩展距离逐渐增大;随着排量的增大,各簇裂缝的单侧最大扩展距离显著增大;随着簇间距的增大,各簇裂缝的扩展近似相同,偏转角逐渐减小,单侧最大扩展距离增大;随着段内簇数的增多,各簇裂缝的单侧最大扩展距离增大,破裂压力增大;多簇裂缝顺序起裂时的关键参数（单侧最大扩展距离和最大缝宽）优于同时起裂。