风沙环境下混凝土材料的风蚀磨损是长期服役过程中不得不面对的维护问题,实际工程中常用改良配合比或者覆盖保护涂层等方式提升壁面整体的抗磨损性能,往往需要支付较为高昂的造价。鉴于自然界中,尤其是沙漠地区的动植物们,通过蕴含凹槽的体表轮廓,抵制住风沙的长期侵蚀。本文参考当代结构设计工作中常使用的非光滑轮廓所形成的凹槽,通过研究凹槽形态混凝土壁面的抗风蚀磨损性能,旨在探究在不改变材料性能的条件下,提升壁面抗风蚀磨损性能的有效途径,并提供相关理论依据,具体完成了以下工作:首先,选取RNG k-ε模型作为连续相模型,结合DPM离散相模型,实现气固两相流条件下的动能和湍流耦合,并采用FLUENT通用冲蚀模型,设计恰当的计算域,建立了适用于研究凹槽形态混凝土壁面的抗风蚀问题的三维数值模型。后续,基于冲蚀实验数据进行参数设定,并通过对比数值和实验结果,验证了所建立数值模型的可靠性。其次,系统研究了圆弧形单凹槽和多凹槽形态混凝土壁面抗风蚀磨损性能,并对相同工况条件下光滑壁面的抗风蚀磨损数据进行了对比分析。研究发现,当冲蚀角度较低时,圆弧形凹槽壁面的抗风蚀磨损性能劣于光滑壁面,与平磨法实验相吻合,但随着冲蚀角度的提高,圆弧形凹槽壁面的抗风蚀磨损能力得到显著提升并优于光滑壁面,提升幅度最大可达25.434%。该现象既源于近壁面流场的变化,更来自沙砾入射角所引发的破坏机理变更。此外,扩展凹槽尺寸虽然不能对适用冲蚀角度产生实质性作用,但能一定程度影响整体的风蚀速率。后续,将多凹槽形态与单凹槽形态混凝土壁面的抗风蚀磨损性能进行比较。结果可知,多槽形态混凝土壁面的抗风蚀磨损性能在具体数值上会有所变动,但总体风蚀特性与单槽壁面基本一致。造成该现象的主要原因是凹槽内部的涡旋具有较好的稳定性,使得凹槽区域近壁面流场依据凹槽分段展开,相互影响较小。此外,由于凹槽间区域近壁面流场速度较小,无法为沙砾提供足够的空间完成运动状态的改变,因此,凹槽间距不是掣肘实际运用的主要因素。最后,系统研究了不同沟槽形态混凝土壁面的抗风蚀磨损性能。通过对比不同形态沟槽的混凝土壁面抗风蚀磨损性能,结果表明,沟槽形态混凝土壁面具有与圆弧形凹槽形态混凝土壁面相似的风蚀特性,适用冲蚀角度与槽壁倾斜角度明显相关,即槽壁倾斜角度为90°时适用冲蚀角度较为广泛,而在30°时较为狭窄。此外,当槽壁倾斜角度较低时,沟槽内部的涡旋易被压制于槽底区域,无法通过加大槽深而有效扩展风沙减速降能的空间。