中文摘要：

天然气水合物既是一种重要的潜在能源，其分解又可能导致一系列的灾害。最近发现水合物热分解可使初始连续的地层中形成有一定厚度的只含气体和水的裂缝，即分层现象，这种分层可以作为滑动面演变成为更大灾害。因此，本项目将研究(1) 水合物热分解引起地层分层破坏演化特征、基本参数和破坏模式的实验；（2）基于实验结果的水合物热分解引起地层分层破坏的初步机理分析。通过上述研究，获得水合物热分解引起地层分层破坏的基本特征和数据，以及提出地层分层破坏产生的临界条件，为实际工程设计提供依据。

结论摘要：

项目研究目标通过水合物热分解引起地层分层破坏的系列实验和分析，积累分层破坏的演化参数，结合水合物沉积物的强度和渗透参数测试结果，获得分层的物理机制和临界条件，并探讨这类灾害的防治措施，为水合物开发和上方含有水合物地层的深海油气藏开采的可行性评价提供依据。项目研究内容1）水合物热分解引起地层分层破坏实验装置改造及实验测试；2）水合物地层热、力学基本参数测试；3）地层分层破坏机理分析。项目总体进展和取得的成果 1）开展了水合物热分解引起地层分层破坏实验装置的改造，并完成系列水合物分解引起地层破坏模型实验12组，获得了不同热源、不同上覆层厚度条件下的热、力学演化基本数据、现象和基本特征。水合物分解引起土层分层的力学机制沉积物孔隙中水合物分解，在沉积物孔隙中形成超静孔隙流体压力，随着分解范围的扩展，上覆土体的阻力小于超静孔隙压力时，分层启动。随着分解区域气体渗流及上覆土体的运动形成一定厚度的开裂。当气体能量足够大，可突破上覆土层，形成类似火山喷发的气固两相流。这部分研究工作为水合物热分解引起地层分层物理机制分析和数值模拟提供基本依据； 2）开展了水合物地层的含相变传热分析和力学特性测量，获得了含水合物地层的热演化规律和基本力学参数20组。水合物分解区域的扩展具有自相似性，其自相似解表明分解范围扩展与时间的平方根成正比；水合物沉积物的力学参数随着水合物饱和度的增加而增加，水合物分解土体强度降低为原来的1/7。这部分研究工作为后续理论分析提供基本参数； 3）提出了水合物分解引起地层分层破坏扩展的基本模型，获得了分层扩展的动力学过程。分层发生的临界条件超静孔隙压力大于等于上覆层重力和上覆土体与边壁间的摩擦力时而发生的连续土体开裂，是一个强度问题；分层厚度大小取决于水合物分解气体的能量与克服上部土体重力与边壁摩擦所需的能量，是一个能量耗散问题。探讨了不同尺度地层失稳的相互关联，分层发生后，土体间抗剪强度减弱，随着分解范围的扩展，地层中更容易出现剪切破坏的区域。室内实验与分析结果可通过无量纲物理控制参数外延至现场工程尺度的地层失稳评价。通过项目的研究工作，共发表论文11篇，其中，SCI 3篇；获得授权发明专利3项，申请受理发明专利2项。培养研究生2名，博士生和硕士生各1名。通过项目的研究工作，顺利完成研究目标和研究内容，并达到各项考核指标要求。