本文主要研究水力压裂遇天然裂缝时的扩展情况。随着页岩气的不断开发,水力裂缝遇到天然裂缝的行为受到越来越多人的关注。本文从模型准则、数值模拟、室内实验三个角度对扩展情况进行了研究,同时考虑到室内实验条件的限制,利用数值模拟对高应力下水力裂缝的扩展情况进行了模拟。论文主要得到以下结论:(1)推导并扩展了Gu等人的水力裂缝遇天然裂缝扩展准则,与实验结果验证较好。推导并总结了裂缝本构模型,经与前人结果对应,准确度较好。(2)基于离散元的流固耦合方法模拟水力压裂扩展算法实现。通过本文的模拟发现,离散元中裂缝行为与Gu等人的准则对应较好,这证明了算法在一定范围内的正确性。作者还推导了不同尺寸下的相似准则,使二者有机地结合起来分析,增强了算法的可信度。(3)基于室内真三轴物理模拟试验机,作者还开展了水力裂缝在天然裂缝缝网中扩展行为。通过模拟发现:a)裂缝长度越小,压力曲线波动越明显,破裂压力越高。地应力差越大,则延伸压力越低;b)裂缝长度在9cm比3cm更容易形成分支缝,同等体积下的裂缝形成缝网的可能性相近,6%-9%的裂缝密度容易形成缝网;c)地应力差越大,裂缝倾向于形成单一、平直的水力裂缝。(4)基于离散元方法模拟水力压裂在天然裂缝缝网中的扩展行为。分析发现,低应力状态下,数值模拟的结果与实验结果相似,地应力差较小时,裂缝扩展受天然裂缝影响明显,容易形成复杂裂缝,且方向不受控制,发育为多条;地应力差较大时,裂缝变得单一、平直。高应力状态下,可以观察到近井地带损伤区明显增加,这是由于围压升高导致的。