孤立建筑周围的侵蚀问题一直以来都是港口海岸及近海工程中极为重要的研究课题,床面泥沙的过度冲刷将直接导致防波堤、桥墩及护岸结构等海洋建筑物的失稳甚至破坏。对建筑物周围局部冲刷过程及平衡深度进行预报是孤立建筑物工程设计的重要基础。另一方面,由于不可压缩光滑粒子法(ISPH)在求解流体运动控制方程时无需进行自由表面追踪,在处理泥沙运动时也不必求解泥沙输运方程,近些年其研究越来越受到学术界的重视。本文的主要研究成果总结如下:(1)详细研究了不可压缩光滑粒子法最前沿的理论成果,包括光滑粒子法离散N-S方程的改进成果、床面侵蚀的模拟方法以及两相流计算的处理方法。进行各种方法优劣的对比之后,拟在已有高精度、高稳定性、包含CISPH-HS-HLECS修正格式的ISPH多相流模型的基础上,研发局部冲刷数值模型。(2)针对冲刷过程中泥沙运动以悬移质形式运动为主的情况,提出了在侵蚀模型中引入浑水粒子和清水粒子的概念,用于模拟挟沙水流运动;提出了参照层移质理论,确定浑水粒子起动瞬间的初始密度的方法;针对浑水粒子起动,提出了在侵蚀模型中将速度理论零点固定在床面墙粒子下方的虚拟粒子中心,根据床面墙粒子中心点的加权平均流速,并借助对数律流速分布公式计算床面切应力的方法,该方法具有计算简便、稳定性好的优点。(3)模拟了溃坝引起下游床面沙粒冲刷的过程,发现在沙粒以推移质形式运动的前提下,只要数值模型中的粒子初始密度采用与实际沙粒密度一致的值,数值粒子直径直接采用实际沙粒直径,即可得到与实际基本一致的水、沙交界面形态和床面发展时间过程。(4)采用冲刷数学模型研究了持续海啸越流引起的堤后冲刷过程,数值模拟结果与实验相比,无论是最大冲刷深度还是冲刷坑的形状都基本吻合,并发现最大冲刷深度与越顶流高度成正比,与越顶流下落高度成反比,冲刷坑大小与涡旋尺寸有关。但数值模拟得到的冲刷过程远快于实际冲刷过程,原因是数值模型计算粒子的直径远大于实际泥沙粒径。(5)通过单向流物理模型试验,研究了水流作用下圆柱周围的局部冲刷现象。试验中,通过摄像装置实时监测圆柱前、后、侧三面的床面侵蚀过程,实验重点对比了不同水深和流速条件下的最终平衡冲刷深度和平衡冲刷时间,为三维数值模型提供了验证资料。(6)运用ISPH模型,对圆柱周围局部三维流场及局部冲刷过程进行了模拟,在侵蚀模型中考虑了三维情况下的斜坡对泥沙临界起动条件的影响,得到的流速及水位结果与实测结果一致,成功再现了圆柱周围的马蹄涡和尾涡运动;将三维冲刷数值结果与实验数据进行对照,表明冲刷形态和最大冲刷深度结果与实验值基本一致。