页岩气储层渗透率比常规储层低,通过水平井体积压裂产生复杂裂网可以改善储层结构,而水力重复压裂作为改善储层、提高渗透能力的技术手段,对加速非常规能源开发具有重要意义。因此,能否形成复杂裂缝网及页岩压裂后合理进行裂网的表征和统计是水力压裂施工设计、提高开采率的关键问题。本文利用室内物理试验与数值模拟相结合的手段,结合断裂力学理论对层状岩石的裂网扩展规律进行研究,揭示其形成的力学机理。首先,组装建立一套层状岩石室内重复致裂试验装置系统,在2层层理、3层层理、4层层理等不同层理数量的试块制作完成且强度达到要求后,对试块进行重复压裂,再对含导向裂纹且预制裂纹与水平方向分别成60°、90°的不同试块进行试验,在试块的不同方向黏贴应变片,利用应变计对各个方向的应变随致裂时间的变化规律进行监测与分析,结合断裂力学理论对致裂后的裂网扩展规律进行研究。其次,借助数字图像原理对裂纹的扩展规律用分形理论进行表述,对裂网演化规律进行分形分析,找到预测与评价水压致裂裂网演化规律的方法,对泥页岩可压裂性进行评价。最后,利用RFPA2D-Flow数值模拟软件分别建立含4层层理、层理与水平方向成135°、预制裂纹与水平方向成90°等三种不同模型,对重复致裂条件下裂网的扩展规律进行研究分析,结合室内物理试验、断裂力学理论等,得到水压大小、层理方向、层理数量、原生裂纹等对裂缝网扩展的影响。结果表明:重复压裂后,井筒周围更易产生网状裂网,正面主裂缝不断向前扩展,在遇到弱层理面时则沿着弱层理面延伸发展,侧面主裂缝继续向前扩展且伴随少量次生裂纹产生,射水孔周围有主裂缝产生;在含导向裂纹、且预制裂纹与层理的夹角较大时,主裂缝会贯穿弱层理面继续向前延伸扩展;水压致裂后的裂网具有分形特征,可以用分形理论对复杂裂网进行定性、定量的表征统计,以此对层状岩石水压致裂后的裂网扩展规律进行评价;岩石破裂分为三个阶段,即应力累计阶段、裂纹稳定向前扩展阶段、岩石发生失稳破坏阶段;由数值模拟试验可知,在含预制裂纹的情况下,X方向应变逐渐减小,Y方向应变逐渐增大。通过室内试验,结合数值分析对层状岩石裂网扩展规律与机理进行探讨,对于加速页岩气革命进程和提高页岩气产量具有重要意义,可为压裂施工设计提供参考。