可燃冰被认为是解决全球能源短缺、缓解气候变暖的一种清洁能源,其大量分布在永久冻土层和深层海底。对可燃冰的开发利用可以满足我国日益增长的能源需求,但是可燃冰只能在低温高压条件下保持稳定,稳定性较低,在开采过程中容易造成水合物分解,进而引发严重的地质灾害和环境问题。深入了解含可燃冰沉积物的力学性能,对安全、经济开发利用可燃冰新能源至关重要。三轴试验机是研究岩土强度及变形特性的设备,随着对水合物的研究逐渐深入,三轴试验机也被应用于水合物力学性能研究中。三轴试验中,对岩土变形特性的测量通常采用LVDT或霍尔效应传感器,传感器测量容易对试样造成干扰,影响结果的准确性。结合岩石三轴试验机的特点,根据可燃冰三轴试验机的功能与要求,本文完成了以下工作:试验机机械模块的研究。为实现图像处理技术计算试样变形的目的,对压力室进行了设计。由于可燃冰在大气压力下分解燃烧,传统的制样方法不适用于可燃冰,为保证可燃冰的原位状态,对岩心保压切割转移装置进行了研究。选用了液压伺服加载方式完成轴向位移和力的加载,并对轴向加载系统中的核心元器件进行了选型计算。搭建轴压加载系统各部分的数学模型并建立传递函数,使用MATLAB/Simulink对系统进行动态特性仿真,并采用PID控制器对系统进行校正,加载系统实现了稳定性和快速性的要求。对试样变形的测量,引入了图像测量技术,对图像测量系统各部分进行了设计。基于亚像素角点检测原理定位角点的位置,根据有限单元法,将角点作为节点,利用节点坐标及节点位移分量推导出应变表达式。对压力室的强度和密封性进行研究。使用Workbench有限元软件对压力室进行强度校核,通过分析可知主腔室满足强度与刚度要求。使用ABAQUS有限元分析压力室静密封、动密封的密封性能,可知压力室密封性满足要求。本文的研究成果对可燃冰三轴试验机的研制提供了参考,对采用图像处理系统计算试样变形提供了理论支撑。