近年来,国内外经常发生海底管道失效泄漏事故,其中落物撞击是事故的主要原因之一。管道结构在准静态和动载荷下的力学行为已经引起了学术界和工程界的极大关注,开展了较广泛的研究工作。但是,国内外对冲击载荷和深水压联合作用下的研究还鲜有报道,尤其未见针对高外压管道碰撞后屈曲失稳的后果分析。因此,通过开展实验、数值和理论研究手段,掌握深海管道碰撞动力学行为特征及屈曲失稳机理,有效预测管道失效引发的水下溢油扩散行为,具有非常重要的理论意义和工程实用价值。本文主要研究内容如下:（1）以API X65全尺寸海底管道结构为对象,设计开展了管道碰撞损伤+高水压屈曲联合实验研究,采用高精密设备测量获得实验过程中管道动力响应以及变形、屈曲失稳特征参数,揭示了不同撞击条件下管道碰撞损伤及动力屈曲的主要特征、基本现象和规律,对比讨论了DNV规范计算方法在落物撞击损伤及极限承载力评估方面的保守性。基于联合实验结果,应用LS-DYNA 3D准确模拟了实验管件结构的动态响应及屈曲失稳过程,讨论了撞击接触形式对管件损伤变形,以及椭圆度形式、缺陷几何参数对管件屈曲压溃的影响规律。（2）针对冲击载荷和深水压联合作用下管道动态响应特性及屈曲失稳机理开展数值研究。分析了外界水压对管道碰撞响应过程的影响规律,发现了不同于无水压环境下管道碰撞的损伤失效特征;继而开展了受外压管道抗冲击特性的敏感性分析,甄别了不同敏感性参数影响下的管道碰撞失效模式及发生条件;提出了冲击载荷和深水压联合作用下,考虑管道全失效模式的临界失效水压评估公式。（3）基于拉格朗日积分法和粒子追踪法,建立了水下溢油扩散理论计算模型,实现了动力羽流和对流扩散两阶段运动的粒子化对接计算,揭示了不同阶段水下油粒子的运动特征;利用不同泄漏、水环境工况的试验数据验证了理论方法的可靠性,定量分析了泄漏、水环境敏感性因素对原油扩散运动特性的影响,并开发了可视化的水下溢油预报软件。本文研究工作揭示了深海管道结构在冲击载荷和深水压联合作用下动力学响应特征和屈曲失稳机理,提出了管道全失效模式的临界失效水压评估公式,为复杂动力载荷作用下深海管道结构安全评估和相关研究提供了一种新的评价思路和方法。同时,相关水下溢油扩散理论研究及可视化预报软件开发,也可推广应用至我国海上溢油应急预测指导。