天然气水合物广泛分布于全球大陆外边缘和永久冻土带,储量巨大,是有望替代传统化石燃料的新一代清洁能源。然而,天然气水合物是一种亚稳态物质,开采过程中,温度与压力变化引起水合物储层结构变化,导致储层强度衰减及储层变形,进而影响到开采工程设施的安全性,甚至诱发滑坡等地质灾害。因此,天然气水合物储层的力学特性研究成为天然气水合物开采面临的一项重要课题。本文利用天然气水合物静、动三轴实验平台,针对水合物开采过程中所涉及的力学问题,对天然气水合物重塑岩心开展了大量的静、动力学实验研究、建立了强度及变形准则、构建了本构关系,为天然气水合物储层稳定性评价提供了理论依据和技术方法。主要工作如下：针对海洋天然气水合物成藏高压、低温条件,基于国内首台大型DDW-600天然气水合物高压、低温动三轴仪,国内率先研究并分析了我国海洋土水合物沉积物力学特性。对比确定了海洋土近似替代材料,证实了用近似材料高岭土代替我国南海水合物储层岩心材料进行力学特性实验的可行性。考虑有效围压、温度以及分解时程对水合物分解力学特性的影响,研究了水合物沉积物分解前后应力应变关系,提出了适用于水合物沉积物分解的摩尔-库伦强度准则,并构建了考虑温度和分解时程的Duncan-Chang本构关系。开展水合物沉积物分解蠕变实验研究,获取水合物沉积物分解过程中,起始应变、流变起始时间、流变起始应变、破坏时间、破坏应变等蠕变参数与围压、温度及应力水平的关系。根据常应力水平下水合物分解的实验结果,建立了考虑水合物分解的应变势模型,描述了水合物分解蠕变变形特性,为模拟载荷作用下水合物分解对海底结构物及地层长期稳定性影响提供了理论基础。通过模拟地震荷载作用,首次研究了水合物沉积物动应力应变、动强度与围压、温度、孔隙度等因素的相互作用规律。揭示了温度及孔隙度对沉积物动强度的影响机理：温度升高显著降低水合物沉积物动粘聚力和动内摩擦角,孔隙度增加导致动内摩擦角降低。此外,水合物沉积物动模量研究表明：水合物沉积物最大动弹性模量随围压的增加而增加,随温度或动应变的增加而降低；孔隙度越低,水合物沉积物最大动弹性模量越大。提取得到不同围压条件下的水合物沉积物骨架曲线,分析表明水合物沉积物骨架曲线的整体形态与静压缩实验趋势相同。基于动三轴实验数据,在粘弹性本构模型框架的基础上,结合水合物沉积物动力学特性,考虑温度、压力对动模量衰减以及阻尼比的影响,并引入到模型参数E和A中,修正了传统的粘弹性本构模型中动弹性模量与动阻尼比的公式,提出了描述水合物沉积物动力学特性的粘弹性本构模型。通过对比分析,验证了该模型的可靠性和适用性。