页岩气逐渐成为我国非常规能源勘探开发的重点,因页岩储层岩性致密、非均质性强等特点,水力压裂是保证页岩储层高效开发必不可少的技术手段。自支撑裂缝是页岩气水力压裂过程中形成的重要油气流动通道,但自支撑裂缝在高闭合应力下敏感性强,往往不能为裂缝网络提供持续、有效的导流能力。现有的自支撑裂缝研究方法以实验研究为主,在缺乏岩心的情况下,开展实验研究受到了诸多因素的限制。同时,仅通过实验手段,难以研究不同闭合应力、岩石力学性质和表面形貌等因素对裂缝形变规律的影响,更不能有效地分析自支撑裂缝在正应力作用下的形变特征。因此,本文以自支撑裂表面粗糙特征和裂缝受压形变为重点,运用Abaqus有限元数值模拟方法展开相关研究。首先,采用三维激光扫描获取川南龙马溪组页岩粗糙裂缝的表面数据,采用克里金插值法对裂缝进行数据重构。分别运用统计学理论、分形理论和JRC粗糙程度系数对重构后的裂缝表面粗糙特征进行研究,该储层页岩所形成的自支撑裂缝缝宽表现为类似正态分布的单峰特征且呈现极强的分形特征,分形维数为2.4671-2.8795,JRC粗糙系数为11.22-19.78。基于计算结果提出了粗糙凸点复杂程度系数,将自支撑裂缝分为三种典型粗糙凸点(立方型、V型和正弦型)裂缝模型,采用Abaqus有限元软件模拟三种典型粗糙裂缝模型的受力形变特征。其次,采用分段函数和双曲线逼近的思路对摩尔-库伦经典弹塑性屈服准则进行优化,修正了该力学本构模型在描述不规则几何体突变点处的奇异性。以此为基础,对Abaqus进行二次开发编制了可以更新判断凸点弹塑性的UMAT子程序,并计算了 4组真实自支撑裂缝的受力变形程度,通过对比实验测试结果和模型计算结果,验证了二次开发子程序和模拟方法的可靠性。最后,根据单一变量原则分析了自支撑裂缝受正应力的形变特征,研究了裂缝表面几何形貌、水平滑移量和岩石力学参数(杨氏模量、泊松比)对裂缝闭合的影响规律,分析得出当正应力较低(0-30MPa)时,表面粗糙度是影响裂缝形变特征的主要因素;而当正应力较高(>30MPa)时,岩石力学参数对裂缝形变特征的影响更为显著。本文建立了不同正应力下自支撑裂缝受力形变的有限元模型,基于Abaqus二次开发对摩尔库伦准则进行修正,所建立的模型可以模拟真实形貌下自支撑裂缝的受力形变特征,并揭示了高闭合应力下自支撑裂缝形变特征,为页岩乃至深层页岩自支撑裂缝的研究提供了新的思路。