海底油气输送管线是海上油气开发中油气传输的主要方式,是海洋油气生产系统中一个不可缺少的重要组成部分。由于海底管线所处的海洋动力环境非常恶劣,许多不确定因素的相互影响使得海底管线的铺设和运营风险俱增,因冲蚀悬空而造成破坏的报道一直层出不穷。随着我国深海油气资源的不断开发,海底管线在海洋工程中的应用越来越广泛,因此海洋动力作用下管线冲刷破坏及防护问题也越来越引起广大海洋工程技术人员的广泛关注。当管线平放在海床表面,在海流的作用下管线两侧上下游海床表面存在压力差,此压力差导致管线下方的海床内部产生渗流,并随着渗流流速的增大,管涌现象发生,孔道冲刷开始；当孔道冲刷范围逐渐增大时,管线下游尾流区内涡旋作用也逐渐加强,促使尾流冲刷发生。管线两侧的压力差是造成孔道冲刷的直接动力因素,而尾流涡旋是加大尾流冲刷的附加动力环境。本文由绕流基本方程,利用摄动方法推导了管线周边压力分布关系,由此确立了冲刷坑内泥沙颗粒所受的渗流压力差与冲刷起动的临界压力差；借助管线后方最易起动的泥沙颗粒受力分析,推导了的床面泥沙的临界起动流速公式、冲止流速公式和稳定冲刷坑深度公式。基于国外spoiler防护技术成果的资料分析,本文提出了两种用柔性导流板对管线进行防护的新方法：第一种是在管线顶部安装柔性导流板,加大管线周围流场的扰动,使局部冲刷加剧,冲刷坑深度及范围增大,促使管线下沉和自埋；第二种是在管线底部安装柔性导流板,减小管线两侧的压力差,减弱甚至阻止渗流发生,达到减小甚至阻止管线冲刷的目的。通过物理模型试验对单向流和往复流作用下无导流板、顶部安装刚性导流板(spoiler)和柔性导流板、底部安装柔性导流板的海底管线冲刷过程进行了系统的试验观测,对管线附近流场、管线表面压力分布、管线所处的海床表面压力分布、管线两侧的压力差和底部的冲刷坑进行了测量和比较分析,结果表明：1.管线顶部安装刚性导流板和柔性导流板都能使管线两侧的压力差增大,冲刷深度和范围明显增大,且使管线受到向下的压力,在砂质海床条件下可以实现管线的自埋。2.对顶部安装柔性导流板与刚性导流板对管线的自埋效果相比较,发现在管线两端固定的条件下,柔性导流板和刚性导流板对于加大管线冲刷的效果相近。在管线两端可自由升降的条件下,柔性导流板促使管线下沉自埋的深度更大。3.对底部安装柔性导流板的管线两侧压力差和冲刷坑深度与无导流板的管线相比,发现安装柔性导流板的管线两侧压力差和冲刷坑深度明显减小,并且当导流板达到一定长度时,管线两侧压力差小于冲刷发生的临界压力差,冲刷基本消失,起到了对管线有效的防护作用。基于理论研究和试验研究的基础上,本文采用垂向二维的数值计算模型,精细模拟了裸置于床面的管线周边流场、压力分布和管线冲刷过程。计算成果分析发现：采用标准k-ε模式对管线周围流场分布、管线附近断面流速分布、管线表面压力分布、管线附近床面压力分布和冲刷坑随时间的变化形态与试验测量结果基本吻合,说明参数选取、网格离散格式、动边界处理技术以及泥沙控制方程的嵌套基本合理。