天然气水合物是由天然气和水在高压、低温条件下形成的笼形结晶化合物,广泛的分布于深海沉积物和陆域永久冻土中。甲烷为其主要气体组分,天然气水合物燃烧后生成二氧化碳和水,清洁无污染。因此被认为是未来潜在的理想新能源,它具有分布广泛、埋藏浅、资源量巨大、能量密度高等特点。作为具有巨大开发价值的战略性能源,水合物的开采利用备受世界各国关注,然而海底天然气水合物以固体状态存在,能将沉积物颗粒胶结在一起,使海底原来疏松的结构变得致密,开采过程中水合物的分解,会导致海底滑坡、温室效应和海洋生态环境破坏。因此了解含天然气水合物沉积物的变形、强度等特性是进行开采利用的关键研究内容之一。对此,本文采取室内制备含天然气水合物沉积物试样,水合物赋存介质参考了我国南海试开采海域含水合物沉积物的原状样品的粒径,参照该原状样品配制近似的粒径作为水合物赋存骨架,然后开展含天然气水合物沉积物的等向压缩、卸荷回弹和三轴剪切等试验,主要研究成果如下:(1)安装、调试了新型含天然气水合物沉积物三轴试验机,设备可以实现不同条件下的水合物合成、等向压缩、卸荷回弹、三轴剪切等试验,环压跟踪泵的围压跟踪气压的功能使水合物生成过程中净围压不变,保证了试样初始条件一致性,根据围压液累积流量变化还能测量试样体积变形。最后以泥质粉细砂和二氧化碳为材料制作了三轴试样,用非饱和法室内生成了水合物。(2)水合物饱和度大小影响沉积物等向压缩固结、卸荷回弹过程稳定的时间,水合物饱和度越大,试验稳定所需的时间越短。耗时短说明水合物的生成占据沉积物孔隙空间更大,沉积物密实度更高,密实度高则在压缩和回弹阶段体积变形量就较小。水合物饱和度大小影响沉积物的压缩性,饱和度越低,沉积物试样压缩性越高,各压缩指标越高。水合物饱和度大小对沉积物卸荷回弹特性影响不大,各饱和度试样的回弹系数趋于相似。但饱和度高试样回弹率略低于不含水合物或低饱和度沉积物试样。(3)三轴剪切试验中,在净围压相同的情况下,随着水合物饱和度增大,含二氧化碳水合物沉积物的强度和刚度都增大并出现剪胀现象,试样黏聚力也有明显上升,但对内摩擦角影响不大。在饱和度相同的情况下,随着围压的增大,试样的强度逐渐增强,应变硬化趋势明显,且剪胀趋势减弱。