中國科學(xué)院流固耦合系統(tǒng)力學(xué)重點實驗室的土力學(xué)課題組利用自主研制的含水合物沉積物合成與力學(xué)性質(zhì)測量一體化實驗裝置，以我國南海北部陸坡和東沙海域海底水合物沉積物為實驗介質(zhì)，獲得了國內(nèi)最為系統(tǒng)的南海含水合物沉積物的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、滲透率等力學(xué)參數(shù)，并提出了含水合物沉積物彈性模量與水合物飽和度的基本關(guān)系，相關(guān)成果和數(shù)據(jù)可為我國水合物勘探、開采與安全性評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
針對水合物分解引起的地層不穩(wěn)定性問題，相關(guān)研究人員逐步實現(xiàn)了從小尺度（m）模型到較大尺度（100m）三維模型的離心機模擬，通過室內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)了水合物分解引起地層分層、氣體噴發(fā)現(xiàn)象；針對水合物分解引起的地層滑塌進行了多因素實驗?zāi)M和理論分析，獲得了水合物分解引起海底滑塌的基本數(shù)據(jù)和演化特征，并建立了水合物開采引起地層不穩(wěn)定性的數(shù)值模擬方法，相關(guān)成果已部分應(yīng)用于我國南海海域水合物鉆探工程。
相關(guān)研究順利完成了國土部127專項的外協(xié)課題“水合物分解的土力學(xué)響應(yīng)及土層不穩(wěn)定性評價”，取得的階段性成果得到專家組的肯定，評審結(jié)果為優(yōu)秀。
相關(guān)工作已發(fā)表在Journal of Petroleum Science and Engineering、Journal of Heat transfer-The Transactions of ASME、Acta Mechanica Sinica、Science China-Physics Mechanics & Astronomy 等刊物上，并申請了3項發(fā)明專利。
在前期工作基礎(chǔ)上，課題組在我國陸域和海域天然氣水合物的研究工作也獲得了后續(xù)的支持，重點將針對天然氣水合物試驗性開采、現(xiàn)場監(jiān)測的關(guān)鍵力學(xué)問題開展研究。
圖1 含水合物沉積物力學(xué)特性實驗裝置與應(yīng)力應(yīng)變曲線。左：一體化實驗裝置。右：應(yīng)力應(yīng)變曲線。
圖2 水合物分解引起地層不穩(wěn)定的離心機實驗?zāi)M。左：離心機實驗裝置。右：水合物分解過程中土層沉降、開裂與滑動。
