脆性岩石在外界环境作用下的破坏特性及力学行为一直是岩石力学与工程及相关领域的非常重要且极其复杂的研究内容之一。近年来,随着页岩油气田的大规模开采及应用,岩石脆性评价及相关力学机制成为储层水力压裂过程中的关键技术指标。鉴于此,本文以现有岩石脆性评价方法为出发点,对其优缺点及应用条件进行了分析及总结。同时,基于胜利油田某油井的隔层及油层岩芯在不同围压下的物理试验结果,提出基于岩石应力-应变曲线的脆性评价方法,并对其进行了验证。在此基础上,对于岩芯力学参数及声发射与脆性指数之间的关系进行了系统的分析与研究。采用数值计算的基本手段,展开了岩石力学参数对于岩石脆性的影响、储层各向异性等问题的详细分析。完成了以下主要研究问题:(1)总结了现有常用岩石脆性评价方法,并对其适用情况及优缺点进行了分析及总结,指出采用应力-应变曲线进行岩石脆性的衡量是一种有效手段。在此基础上,提出了基于峰后应力跌落速率及能量比的岩石脆性特征评价方法,并根据胜利油田某油井隔层及油层岩芯的物理试验结果,对其进行了详细验证。验证结果不仅证明了岩芯脆性评价方法的正确性,同时也说明了该方法对于衡量具有相同峰后应力-应变关系岩石脆性程度的有效性。(2)分析了储层砂岩岩芯主要力学参数与脆性指数Bi的相关性及其在围压条件下的变化规律,分析结果表明用线性关系拟合各参数与脆性指数Bi的相关性较好。同时,研究了其它参数不变条件下数值岩芯的脆性指数随其弹性模量、泊松比、抗压/抗拉强度、残余强度系数、内摩擦角、均质度系数及加载速率的变化特性。研究结果表明,数值岩芯的脆性随岩石单轴抗压强度变化的敏感性较差,这表明单纯运用单轴抗压强度进行岩石脆性的衡量,可能会造成储层岩石脆性评价的不准确性。数值岩芯的脆性随残余强度系数、泊松比增加而降低,随弹性模量、压拉比、内摩擦角、均质度系数及加载速率的增加而不断增加。因此在岩石脆性评价的实际工程中,一定要注意储层中相关参数变化所造成的岩石脆性的变化。(3)总结了脆性指数与声发射模式之间的内在关系,研究结果表明:在声发射模式上,隔层和油层砂岩在五种围压下以前震-主震-后震型和群震型为主,根据物理试验和数值计算结果总结了脆性指数Bi与岩芯破裂声发射模式之间的内在关系,即在相同的加载速率条件下,低脆性区岩芯的声发射模式为群震型、中脆性区的声发射模式为前震-主震-后震型,高脆性区的声发射模式为主震型,通过对灰岩试件和不同种类煤体的声发射模式对比,验证了机制讨论的正确性。(4)基于数值试验及已有物理试验结果,分析了不同层理角度条件下页岩岩芯的脆性破坏特征,同时对不同围压条件下各层理角度岩芯的主要力学参数,如峰值强度、峰前模量及泊松效应等随岩芯层理角度变化的各向异性特征及各向异性指数的变化规律进行了总结。此外,通过对不同围压条件下各层理角度岩芯脆性指数的各向异性特征随外界围压变化规律的总结分析,指出当层理角度为45°左右时,弱层岩石的脆性程度决定了岩芯总体的脆性变化。(5)通过数值计算的主要手段,研究了层厚因素对于泥-砂互层储层中裂缝扩展的影响,总结了储层厚度对于各层裂缝扩展难易程度的影响,分析了泥岩层残余强度系数及脆性指数的变化对于砂岩层中裂缝密度的影响。通过水力压裂过程的数值模拟研究了拉应力在水力裂纹的形成、发展、延伸和贯通过程中所起到的作用,并分析了水力裂缝形态及失稳应力随脆性指数的变化特征。