地下岩体渗流是自然界中常见的现象，尤其是在石油和天然气开采、水利水电、采矿和港口建设等工程中更是普遍。所谓渗流就是流体通过多孔介质的流动。在流体流过岩体等多孔介质时，由于流体施加于与之相接触的岩体骨架上的静压力和动压力会使得岩体发生变形，同时岩体的变形也会影响流体的流动状态，即渗流场和应力场是互相作用、互相耦合在一起的，最终这两种相互作用将达到一种动平衡状态，此即所谓的流固耦合现象^[3]。基于地下岩体渗流理论和岩石水力学中流固耦合作用的理论基础以及提高石油、天然气等地下能源采收率等工程需求的推动，在十九世纪四十年代美国一些专家首先提出了用于提高低渗透油气层渗透性能的水力压裂技术。所谓水力压裂就是使用特制的压裂液（包括水等流体），在高排量、高泵压下注入岩层以水力尖劈地层，使岩层破裂产生新的裂缝（裂纹）或使岩层原有裂缝张开，并延伸裂缝的工程技术^[5]。由定义描述可知水力压裂也是一种地下岩体渗流问题，其特殊性是在于必须时刻考虑渗流过程中的岩体变形等动态特性。

水力压裂技术应用于石油天然气工业，对于提高油气产量和低渗透油层的产油能力做出了有意义的贡献，取得了巨大的经济和社会效益。1947年7月在美国肯萨斯修斯顿天然气田进行了第一次水力压裂增产作业，至1988年，美国的水力压裂作业总数量发展至100万井次以上，美国石油储量的（25-30）%是通过压裂增产达到经济开采条件的。现在，水力压裂技术已经成为油气田应用最为广泛的增产方法。在我国，水力压裂技术也已开始应用^[1]。

水力压裂技术近年来也被引入了环境保护科学领域^[1]，其基本思路是：在地下深部不易渗透的岩层之间存在薄弱的岩体，如夹在两层页岩之间的砂岩，用水力压裂法将会产生大量裂纹系而形成水力压裂带。这些由不易渗透岩层包围着的破裂带构成了理想的地下储存库。将石油或其他生产过程中的固态和液态废物，如污染的泥沙和废液，回灌到地下深部储藏起来，以减轻对地面的污染而达到保护环境的目的。

随着科学技术的不断进步，水力压裂除应用于石油天然气工业和污染物处置等领域外，水力压裂也应用于地应力测量、煤层气开发等极为广泛的工程中。虽然上述各个领域使用水力压裂技术的具体工艺相差很大，但是它们却都有一些共同的目的，比如要清楚地掌握岩体在孔隙水压力作用下的破坏规律，水力压裂破裂带扩展的动态过程以及破裂带空间趋向（裂缝延伸规律）和集合形态，并且能在一定程度上控制裂纹的扩展方向等等。所以研究岩体注水致裂过程不但有利于清楚地认识水力压裂过程中岩石破坏失稳规律，分析渗流、应力耦合作用的机制，在理论上推动岩石水力学和变形介质渗流理论的发展，同时也可以解决上述的很多工程实际问题。所以研究注水致裂时岩体破坏原理和裂纹扩展规律是许多工程学科面临的前沿课题^[1]。

在岩体水力压裂过程中，由于我们面对的是天然条件下含有大量裂纹、孔洞等原始缺陷的复杂材料，所以在水力压裂时岩体在孔隙水压力作用下的破坏大多要受控于原有的孔微裂纹等结构，岩体的破坏过程实际上就是水压驱动下微裂纹萌生、扩展、贯通，直到最后宏观裂纹产生，导致破裂失稳的过程^[1]。另一方面是由于岩体材料严重的随机非均质性和原始地应力的影响，使得孔隙水压作用下的岩体破裂过程十分复杂。这就使得我们很难用一些经典的固体力学理论及解析解法获得比较接近实际情况的水力压裂规律。比如使用断裂力学理论就难以描述岩石内部孔隙结构(分布缺陷)的复杂性及其在水压作用下裂纹(奇异缺陷)扩展过程的关系^[1]；而损伤力学研究材料中微缺陷或微裂纹的形成及其发展对材料力学性能的影响。以断裂力学或者损伤力学为基础的方法和模型均忽略了岩石材料性质分布的随机性^[1]。Weibull在1939年提出了材料脆性破坏强度统计理论，并在此基础上发展形成了概率断裂力学，从某种程度上弥补了断裂力学的不足。

总而言之，用经典方法来研究岩体注水致裂裂纹产生和扩展规律时都存在不同程度的局限性,尤其是经典理论很难解决岩体材质随机分布情况下的水力压裂问题，而材质分布的随机性却正是天然岩体的一个很主要特点。这就是理论解答与工程实际之间的矛盾。要得到比较结合实际的理论解答就必须考虑岩体材质分布的随机性！这样才可能为复杂地质情况下的水力压裂问题提供一定的理论参考依据，取得一定的经济和社会效益，而不至于得不偿失。如果能在流固耦合的思想指导下使用适当的数值模拟方法动态模拟岩体水力压裂的裂纹起裂和扩展规律,就有可能在一定程度上取得与实际情况相符合的结论。作者也正是在这个思想的启发下，选择了石油、天然气开采等工业中比较普遍使用的水力压裂技术，使用FEPG软件对岩体水力压裂裂纹的起裂、扩展和延伸规律进行一定的模拟研究，以期得到一些岩体材质随机分布的水力压裂裂纹起裂、扩展和延伸的规律，弥补经典方法的不足，为水力压裂工艺提供一些理论参考依据。