页岩具有的矿物成分复杂、天然裂缝发育、泥质发育和层状构造等特点,导致了强烈的非均质性和各向异性,极大地影响了页岩气的产能。因此,有必要通过物理力学试验来研究页岩的各向异性特征,并且采用更加直观的试验研究方法来获取层理面的力学性质和破裂特征。本文对页岩试样进行了超声波测试、巴西劈裂和单轴抗压等物理力学试验,研究了不同层理角度页岩的物理力学性质各向异性情况,其中,层理角度定义为层理面法线与试样轴向的夹角；研究了动弹性参数和静弹性参数随层理角度的变化情况,并且拟合出动静弹性参数、抗拉强度和抗压强度随层理角度的变化曲线,最后通过公式变换计算出页岩的各向异性材料参数。通过试验和拟合成果得出如下结论：随着层理角度的增大,纵波波速、横波波速、动弹性模量和动剪切模量随之增大,变化趋势一致,动体积模量和动泊松比的变化曲线呈现出“M”型,存在两个先增大后减小的过程,且都在层理角度为45。时取到极小值点；抗拉强度随层理角度的变大逐渐减小,弹性模量和破裂面复杂性随着层理角度的变大逐渐增加,而单轴抗压强度则呈现出先减小后增大的“U”型的变化规律,并且在层理角度为60。时取到最小值。为了研究层理面的力学特性,本文进行了层理角度为0。和90。页岩立方块试样的直接拉伸、拉伸剪切和压缩剪切等试验,建立了层理角度为90。页岩试样的拉伸剪切全区破裂特征曲线,并且重点研究了相应条件下页岩的破裂特征。试验和拟合结果显示,层理角度为0。的试样在拉剪应力条件下非常不稳定,很容易破坏；而层理角度为90。的试样,通过拉伸剪切试验可以得到拉剪-压剪全区破裂特征曲线,通过该曲线得到的拉伸强度和剪切强度均小于其他方法的值,说明传统的破裂准则对拉剪应力条件下岩石的破裂特征描述存在一定的偏差。拉伸剪切试验后,本文利用三维激光扫描和电镜扫描的方法,从宏观和微观的角度研究了页岩的破裂面特征,宏观角度分析了页岩的破裂模式和各向异性特点,微观角度分析了页岩的破裂机理。主要得出如下结论：拉剪应力条件下,多种因素共同主导了页岩试样的破裂,导致破裂面形貌复杂,并且破裂大多发生在胶结物中,特别是风化严重和胶结程度较差的部位,基质颗粒在裂纹扩展的过程中通常扮演着诱导和牵引作用。