近年来,石油和天然气等传统能源的储存量逐渐呈现危机状态,然而社会对能源的需要却源源不断,页岩气作为一种可以替代传统资源的非常规能源已经得到了国家能源部门的重视。页岩是地球上最复杂的地质材料之一,是以层理和裂隙为特征的层状结构,具有内在的各向异性特征。岩石在矿物颗粒沉积期间,介质（水和空气）在岩层之间流动,从而间接导致层理的形成。页岩内部含有大量的基质孔隙和裂缝,复杂的储藏环境和多尺度孔隙网络导致了多样化的页岩气赋存条件。在页岩气开采方面,由于页岩具有低渗透性特征,并常伴有大量的层理,当水力压裂所产生的裂隙扩展至层理处时,会出现交叉,滑移和剪切等对称双翼裂缝。另外,虽然爆燃压裂法开采页岩气的工艺尚处于理论阶段,还未真正的应用于工程实际,但相关研究结果已经表明该项技术能够有效的提高页岩气开采的效率。爆燃压裂法所涉及的工艺,例如聚能射孔和脉冲爆燃需要同时考虑到高应变率和高温,这是与水力压裂明显不同的地方,有必要进行深入的研究与讨论。同时,页岩气埋藏于一定的地表深度内,随着地表深度的增加,地应力和开采温度也会进一步升高。因此,考虑到页岩气的复杂储层条件,研究页岩在常规、高温以及三轴等不同加载环境下的动态力学性质、破坏模式和能量传递规律是一个亟待解决的科学问题。综合上述,本文创新性将SHPB系统与高速摄影、三维轮廓扫描仪和CT扫描技术结合,同时基于数值计算方法,分别从宏观和微观的角度对不同层理倾角页岩的动态力学行为和破坏机理进行剖析,主要研究内容和结论如下:（1）考虑到岩体结构的复杂性,页岩气（油）等非常规能源开采问题普遍存在。本文采用分离式Hopkinson压杆（SHPB）技术,对不同层理（0°、30°、45°、60°、90°）页岩的动态力学性能和裂纹扩展机理进行了综合研究,并分析了页岩的基本动态力学性质,如页岩的动态抗压强度、破坏应变、动态弹性模量以及能量特征。此外,采用高速摄影技术捕捉页岩试样的动态破坏特征。试验结果表明,应变率对不同层理倾角页岩的动态力学参数影响显著,高应变率下,0°和90°层理页岩较易呈现劈裂拉伸破坏,而30°、45°和60°层理页岩较易呈现剪切破坏和混合破坏。页岩试样的能量吸收特性与强度特性相似,且与破坏程度呈正相关。（2）系统地了解不同围压下页岩的动态特性,对于油气开发等地质工程安全应用具有重要意义。本文在围压为0～15MPa的动三轴SHPB试验条件下,研究了不同层理（0°、30°、45°、60°、90°）页岩的动态力学参数和本构关系。从动态抗压强度、弹性模量、破坏应变、能量特征以及动态破坏模式等方面讨论了围压对不同层理倾角页岩力学性能的影响。考虑到围压下,动三轴冲击测试后试样的宏观裂纹难以捕捉,因此采用三维CT重构技术对围压为15MPa下的三轴冲击试验后的页岩试样进行了处理,得到了不同层理倾角页岩的裂隙三维结构体,进一步分析高围压作用下,不同层理试样的损伤机理。研究结果表明,页岩的动态力学性质主要取决于层理倾角和不同围压的相互作用,页岩在围压作用下的破坏模式主要为压剪破坏或试样内部仅出现损伤裂缝。同时,考虑到试样的加压是在密闭的液压容器中,因此材料的破坏过程难以分析,故基于动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,从研究应力-应变曲线、破坏过程和破坏形态三个角度研究页岩试样的动态力学性能以破坏机理,并验证了相关的试验结论。此外,基于ZWT粘弹性本构关系,提出了一种改进的页岩动态本构模型,简化了低频项,并考虑了页岩材料的损伤特性,将实验测试所得到的动态应力-应变曲线与改进ZWT动态损伤本构理论预测的曲线比较,发现两者的吻合度较高。（3）采用搭载高温同步装置的50mm-SHPB动态测试系统,对不同层理倾角（θ=0°、30°、45°、60°、90°）页岩进行了动态力学试验。首先,基于试验数据获得页岩的应力-应变曲线,其次,从应力-应变曲线中研究动态压缩强度、破坏应变、混合模量和能量分配等动态参数的变化规律,并对冲击试验后的试样进行分类,获得了页岩试样的破坏模式。最后,利用三维轮廓扫描仪获得了页岩的断裂面粗糙度。试验结果表明,不同层理倾角页岩具有不同的临界温度,这是基于动态力学参数的相对转变温度。页岩的动态力学性质在临界温度前后变化较大,吸收能与破坏程度呈正相关,动态抗压强度与断裂面粗糙度呈正相关,页岩试样的破坏程度与温度密切相关。此外,0°和90°层理倾角页岩的动态力学性质明显不同于30°、45°和60°层理倾角页岩。相关研究结果可为页岩气的开发提供重要的理论支持。该论文有图47幅,表13个,参考文献124篇。