实现非常规油气资源开发的核心技术是页岩储层大规模体积改造，但是体积压裂是一个复杂的物理力学过程，其机制尚待进一步研究。本论文从现阶段页岩体积压裂研究现状入手，分析了水力压裂裂缝起裂和扩展基本理论，完成了页岩基本岩石力学特性实验、恒定围岩真三轴状态下水力压裂实验、扰动外荷载真三轴状态水力压裂实验，并借助数值模拟技术取得了以下创新性成果和认识:　　(1)系统地论述了不同于常规水力压裂的体积压裂概念，分析了体积压裂过程产生复杂的立体缝网特征，提出了裂缝的起裂及扩展新的影响因素，例如页岩的力学特性、外力扰动作用等;基于真实低渗储层大规模压裂情况，提出了符合实际的射孔压裂力学模型，并建立射孔压裂过程中页岩体起裂压力表达式;另外，工业化页岩气开采中采用多井同步压裂，压裂井之间会产生相互的干扰，井筒周围应力场并不是恒定不变的，所以研究外力扰动荷载作用下含高压液体的岩石断裂与扩展问题意义重大，能为页岩气开采提供科学指导。　　(2)体积压裂效果不仅受控于储层原地应力状态、压裂工艺，还与页岩本身的物理力学性质息息相关。论文通过岩石力学试验测得页岩基本物理力学参数，得出以下结论:①通过单轴压缩试验、巴西劈裂试验发现页岩节理对页岩的基本力学参数影响很大;②断裂韧度试验:Ⅰ型断裂韧度测试分别利用ISRM建议CCNBD、半圆SCB和CCNSCB试件，三种方法测得的KIC有一定差别，但也有相同的变化规律，即各向异性页岩试件不同层理构造影响下断裂韧度值有很大差别;Ⅱ型断裂韧度测试利用半圆盘偏置切缝试件测量，得到均质页岩Ⅱ型断韧度均质为0.4275MPa*m1/2。　　(3)论文设计了三种恒定围压真三轴作用下页岩试件的压裂方案，揭示了原地应力是影响起裂压裂及扩展的主控因素，并发现侧向压力差越大试件压裂缝越复杂，侧向压力相近但是与轴向压力差大更易形成单一主裂缝面;基于恒定围压真三轴作用下页岩试件的压裂结果，设计了三种扰动荷载真三轴作用下页岩压裂实验方案，对比结果发现外力扰动真三轴状态下试件更易破裂，起裂压力更低，产生的破裂面更多，压裂缝网更复杂;并且模拟水平井初始三向应力条件相同，降压扰动比增压扰动更易引起页岩体破裂;　　(4)论文借助有限元软件对体积压裂过程中地应力大小及射孔方位进行数值模拟得出以下重要结论:地应力是影响压裂效果的主控因素，水平两个方向主应力相等的情况下，水平主应力越小，越有利于页岩储层的压裂;水平应力差越大，页岩储层就越容易破裂;射孔方位也是影响压裂效果的主控因素，地应力条件相等的情况下，随着射孔角度的增加，射孔前端的最大主应力逐渐减小，即当射孔沿着水平最小主应力时，射孔前端的最大主应力最大，所以最有利于页岩储层的压裂;当射孔沿着水平最小主应力方向且水平应力差为零的情况下，水平应力越小，射孔前端的最大主应力越大。所以，水平应力越小，越有利于页岩储层的破裂;在射孔沿着水平最小主应力的情况下，射孔前端的最大主应力随着水平应力差的增大而增大。所以，水平应力差越大，越有利于页岩储层的破裂。