天然气水合物具有分布范围广、储量丰富、清洁高效等优点,被认为是21世纪最具发展前景和开发潜力的新型替代能源之一。水合物相变分解引起储层传热、孔隙流体渗流、水合物沉积层力学性质和有效应力变化,是一个含相变和热流力（THM）耦合作用的复杂过程。在热流力（THM）耦合作用下,水合物相变分解诱发分解区储层变形破坏,从而引起包括井壁垮塌、海底地层失稳破坏、温室效应加剧以及海洋环境污染等一系列灾害发生。本文以海洋天然气水合物分解诱发储层变形破坏为研究背景,采用试验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对注热和降压两种分解条件下,水合物沉积层的变形破坏规律进行了系统研究。取得的主要成果如下:（1）自主设计了水合物合成与分解试验一体化装置,用石英砂作沉积物骨架,分别进行了水合物合成与注热分解试验和降压分解试验,得到了两种分解模式下水合物沉积层的温度和压力变化规律。结果表明:在水合物注热分解过程中,压力反应釜内孔隙压力随分解时间大致呈正指数规律变化;沿着热量的传递方向,同一时刻水合物沉积层中不同测点温度大致呈负指数规律分布,且随着注热时间增加,距离热源位置越近的测点,其温度变化率越大。在水合物降压分解过程中,不同压力条件下,累计产气量随分解时间太致呈自然对数规律变化;压力越低,水合物分解效率越高,分解时间相同时,累计产气量越大。（2）自主设计了水合物沉积物合成与渗透率测试一体化装置,用天然粉砂土作沉积物骨架,进行了含不同饱和度甲烷水合物砂土沉积物的渗透率试验,得到了水合物沉积物的渗透率随水合物饱和度的变化规律,揭示了水合物饱和度及其赋存模式对水合物沉积物渗透率的影响机理。结果表明:水合物沉积物的渗透率随水合物饱和度呈负指数规律变化,水合物在砂土沉积物孔隙中主要“以占据孔隙中心”的模式生成,较低的水合物饱和度就可引起水合物沉积物渗透率的显著下降。（3）利用自主设计的水合物沉积物合成与三轴渗流试验一体化装置,用天然粉砂土作沉积物骨架,进行了不同饱和度水合物沉积物的三轴加载渗透率试验,得到了有效体积应力作用下不同饱和度水合物沉积物的渗透率变化规律,揭示了有效体积应力和水合物饱和度对水合物沉积物渗透率的影响机理。结果表明:水合物沉积物的渗透率随有效体积应力和水合物饱和度皆呈负指数规律变化,且二者对水合物沉积物渗透率的影响表现为非独立性;有效体积应力通过压缩孔隙流体渗流通道来影响水合物沉积物的渗透率变化,而水合物饱和度对水合物沉积物渗透率的影响则是其对孔隙流体渗流通道的堵塞作用。（4）三轴加载渗透率试验数据分析表明,在一般的三维应力状态下,有效体积应力变化引起的水合物沉积物试样孔隙尺寸改变是导致其渗透率变化的主要因素,而剪应力变化引起的试样孔隙形状改变对其渗透率的影响则可以忽略不计。（5）利用自主研制的水合物沉积物合成与三轴渗流试验一体化装置,以天然粉砂土作为沉积物骨架,进行了加卸载条件下不同饱和度水合物沉积物的渗透率试验,获得了有效体积应力升降过程中不同饱和度水合物沉积物的渗透率变化规律。结果表明:有效体积应力升降过程中,不同饱和度水合物沉积物的渗透率随有效体积应力皆呈负指数规律变化,并表现出不可逆性,且有效体积应力越低,不可逆性越明显;水合物饱和度越大,最大渗透率损害率越大,渗透率恢复的程度越差。（6）基于多场耦合理论、岩石力学理论、渗流力学理论、弹塑性力学理论以及传热学理论等多学科理论,建立了天然气水合物分解诱发储层变形破坏热流力（THM）耦合模型和反映THM耦合作用下储层固体骨架变形破坏特性的弹塑性本构模型,并使用Galerkin法对模型进行了离散,得到了数值求解的有限元方程;通过将数值模拟计算得到的水合物注热分解的累计产气量与试验结果进行对比,对模型的适用性进行了验证。（7）根据建立的水合物沉积层力学参数动态变化关系模型,基于Fortran语言开发了考虑“有效体积应力”和“水合物饱和度”两个变量对水合物沉积层力学参数影响的USDFLD（场变量）子程序,以建立的热流力（THM）耦合模型为基础,分别对注热和降压两种分解模式下水合物沉积层的力学参数变化规律、应力状态和应变状态的分布规律、分解区储层的变形破坏规律以及影响储层变形破坏因素的敏感性进行了数值模拟分析。结果表明:储层井壁温度和井口压力是影响水合物分解效果的两个主要因素;不同分解模式下,水合物沉积层的有效体积应力和体积应变分布规律不同,且“有效体积应力”和“水合物饱和度”对水合物沉积层力学参数分布规律的影响程度不同;注热分解条件下,水合物沉积层的渗透率越低,近井储层发生变形破坏的程度越严重;降压分解条件下,合理地控制降压速度可有效地预防天然气水合物分解引起的储层变形破坏。（8）根据建立的热流力（THM）耦合模型和开发的USDFLD子程序,利用非线性有限元软件ABAQUS,对水合物分解引起的海床土体的隆起和沉降变形规律进行了数值模拟分析。结果表明:温度越高,海床土体发生隆起变形的程度越严重;沿水合物分解方向,孔隙压力在分解区和未分解区的消散程度明显不同;上覆盖层渗透率是影响海床土体隆起变形的最显著因素;井口压力越低、降压速度越快、降压时间越长,海床土体发生沉降变形的程度越严重,且最大沉降量始终在水合物沉积层的井口附近区域。（9）以ABAQUS软件为平台,利用自主开发的有限元强度折减程序,对水合物分解引起的海底边坡的失稳破坏规律进行了数值模拟分析。结果表明:水合物的分解量越大,对边坡稳定性的影响越大,边坡的安全系数值越低;边坡的坡角越大,越容易发生失稳破坏,而水合物沉积层的埋深越大,则越有利于保持边坡的稳定。该论文有图121幅,表39个,参考文献185篇。