天然气水合物是一些具有相对较低分子质量的气体，如甲烷、二氧化碳及氮气等在一定温度和压力条件下与水形成的笼形冰状晶体，常存在于海洋和湖泊的深水环境以及大陆永久冻土带中，自然界中的天然气水合物大部分为甲烷水合物，是储量巨大的潜在能源，又是海底重大灾害的来源。针对天然气水合物及其沉积物的力学性质研究，力学所土力学组最新改造、研制成功了一套天然气水合物及沉积物的合成制样与力学性质测试的一体化设备。

天然气水合物的稳定条件是高压和低温，为了避免样品在移动过程中由于温度或压力变化而发生性质变化，必须通过专门合成制样与力学性质测试的一体化设备进行相关力学性质研究。目前土力学组研制的这套一体化设备由水合物及沉积物合成模块、加载模块、测量模块构成。合成模块由供气罐、缓冲罐、高压釜、低温控制装置等构成；加载模块由高压釜、轴压加载部分和围压加载部分构成；测量模块由流量计、热电耦、孔压计、压力计、位移计、电阻测量仪、超声测量仪构成。工作围压0~14MPa, 温度－20℃～＋20℃，试样尺寸（直径´高）为3.91cm×8.0cm，超声测量元件指标为300V内激励电压，最大频率1MHz，纵横波同时测量。除了测量水合物分解前、中、后的沉积物应力、应变、强度、渗流系数等力学参数外，我们的设备可以同时测量纵横波、通过多点温度变化判断水合物形成、分解和分布。

目前通过该套设备已完成四氢呋喃水合物、二氧化碳水合物的力学性质试验，并正在进行甲烷水合物沉积物的力学性质实验，获得了不同水合物含量和不同沉积物类型情况下的应力应变和强度特性，为进一步的研究打下了基础。

该工作得到了国家863项目、自然科学基金委、院创新方向性项目、力学所创新项目的资助。

工程科学部供稿