作为石化燃料的潜在替代品,天然气水合物受到世界范围内越来越多的科学家的广泛关注。然而,天然气水合物开采会影响到完整的地质构造和开采工程设施等的稳定性,容易引发海底滑坡、海啸等自然灾害。因此,水合物及沉积层的基础力学特性研究对天然气的商业化开采具有重要意义。本文主要进行了以下研究工作：研制了适用于天然气水合物的低温高压三轴实验仪,并在实验室条件下模拟和控制水合物稳定存在条件。同时研制了压力析晶制样装置,压缩制成三轴实验所需的原位条件下水合物及其沉积物试样。利用新开发的水合物三轴试验仪,测量含冰甲烷水合物的在不同温度、围压和应变速率下的力学特性。分析了围压、温度和应变速率对破坏强度、变形模量和强度参数的影响。结果表明,含冰水合物的破坏强度随着围压和应变速率的增加而增加,并且随着温度的降低而增加。通过摩尔库伦准则分析发现破坏强度的变化主要是受到内聚力的影响,内聚力随温度的降低而显著增加。依据含冰甲烷水合物试样的三轴压缩试验结果,分析了起始屈服应变、起始屈服强度、起始屈服模量、初始变形模量、极限偏应力和破坏比随围压和温度变化的关系。研究发现起始屈服应变、起始屈服强度、初始变形模量和极限偏主应力均随围压的增加和温度的降低而增加；起始屈服模量仅受温度影响；并在Duncan-Chang模型基础上,加入了损伤比和温度参数,建立了适用于含冰甲烷水合物的本构模型。利用天然粘土和含冰甲烷水合物制成人工水合物粘土沉积物,并测量其在不同温度、围压、应变速率下的力学特性。分析了φ60(孔隙度为60%)甲烷水合物沉积物的强度及其强度参数与温度、围压和应变速率之间的关系。研究发现甲烷水合物沉积物的强度随围压的增加而增加,随温度的降低而增加,随应变速率的增加而增加。摩擦角和内聚力随温度降低而增加,随应变速率增加而增加。利用含冰水合物与粘土的不同配比制成多种孔隙度的水合物沉积物样品,研究了孔隙度对其应力应变关系、强度和模量的影响。结果表明,沉积物的强度随孔隙度增加而明显下降,内聚力随孔隙度的增加而减小,而内摩擦角基本不变。依据甲烷水合物沉积物的三轴实验数据,在Duncan-Chang模型基础上,建立了含孔隙度、温度、围压和应变速率参数的本构模型,适用于甲烷水合物沉积物。