能源问题是目前全世界共同面对的热点问题,随着深海探测技术的不断发展,天然气水合物作为新能源,具有清洁、高效的特点,其识别、开采、运输和储存也受到国内外学者的广泛关注。天然气水合物与海底滑坡的形成联系紧密,对天然气水合物层进行开采,探讨其与触发海底滑坡的内在联系具有十分现实的意义。故本文主要讨论开采天然气水合物对海底岩土体结构造成的影响,当触发海底滑坡后,讨论水体与岩土颗粒之间的相互作用。天然气水合物、沉积地层与海洋水体之间的相互作用是流-固耦合范畴探讨的问题,为了对其进行计算层面的研究,本文采用计算流体动力学(CFD)与颗粒离散元(DEM)耦合(即CFD-DEM)的方法,颗粒离散元(DEM)用于计算组成天然气水合物层及沉积岩土体的微观颗粒之间的接触与力的相互关系,计算流体动力学(CFD)用于研究流体的流场及其运动状态。两者建立耦合联系,不断对颗粒的位置、速度信息进行更新并传递给流场作为流场计算的边界,同时流场将计算的浮力、拖曳力等传递给颗粒,进行连续迭代。本文借助开源软件可以进行源码开发的优势,选择整合了CFD开源软件Open FOAM和DEM开源软件LIGGGHTS的CFDEM,用于实现CFD-DEM的流-固耦合计算。在此基础上,本文将商业软件PFC与CFDEM进行数据连接,使用PFC前处理生成密实堆积颗粒,后将颗粒导入CFDEM中进行不同工况的计算,并采用Paraview进行后处理。由此,实现开源软件——非开源软件间的耦合计算。为了验证本文所开发流—固耦合计算模块的可行性,首先选取了不同高宽比下的堆积体坍塌实验进行计算模拟,并将计算结果与前人的模型试验及类似模拟进行对比,从固体颗粒的速度、运动过程及流场的流速、扰动状态等方面进行系统分析,与模型试验、类似模拟的结果、现实情况相吻合,充分说明计算模块的正确性。为了探究天然气水合物开采对海底滑坡稳定性的影响规律,先将含有天然气水合物层的不同坡角堆积体在海洋环境下进行计算模拟,获取含天然气水合物的稳定坡型临界坡角值。对天然气水合物层颗粒进行开挖来模拟开采的实际情况,对比不同开挖尺寸下海洋岩土体的宏观结构变化,计算得到颗粒速度,受力及流场速度变化过程,总结分析得到天然气水合物开采对海底滑坡稳定性的影响规律。