桩柱周围局部冲刷一直是河流、海岸工程研究的热点问题,传统的研究方法主要是通过各种经验、半经验输沙公式或方程来描述泥沙输移及床面冲刷过程。随着计算机技术的高速发展,从细观尺度研究结构物周围局部冲刷的手段越来越多,但是目前的研究手段大多存在计算量大,计算效率低,模拟颗粒数有限的问题。近年来,MP-PIC方法得到了广泛关注,它采用新的颗粒碰撞应力模型并且能够使用一个计算粒子包代表多个颗粒,可以大大减小计算量,提高计算效率。本文基于MP-PIC方法建立三维数值模型,对单向流作用下圆柱周围局部冲刷问题进行数值模拟研究。本文的主要研究内容及成果如下:(1)为了验证MP-PIC模拟泥沙运动的合理性,对泥沙颗粒沉降进行模拟验证。首先对网格敏感性进行分析,推荐采用2～5倍泥沙粒径的网格尺度模拟泥沙颗粒运动。对不同粒径单颗粒泥沙沉降进行模拟,模拟沉速结果与已有实验结果及经验公式吻合较好。对不同体积浓度的群体颗粒制约沉降进行模拟,模拟结果与Peysson等人的实验结果一致,具有中间区域颗粒沉速较大,靠近边壁处沉速较小的趋势,模拟沉速与理论公式也较为接近。(2)对不同流速条件下的明渠水流泥沙运动进行了模拟,发现流场中存在低速流体向上喷射、高速流体沿流向清扫的紊流现象;模拟得到的时均流速剖面与对数律流速公式及CFDEM结果较为吻合,同时对其紊流强度各分量以及雷诺应力沿垂向的分布情况进行分析;各组算例的单宽输沙率及推移质输沙强度模拟结果与经验公式、实验值吻合较好,验证了模型对推移质输沙模拟的合理性。(3)对单向流作用下圆柱周围局部冲刷进行数值模拟,通过对冲刷坑形态和冲刷深度随时间的变化过程进行分析,发现整个冲刷过程可以分为快速冲刷、平稳冲刷和平衡冲刷三个阶段;模拟得到最大冲刷深度为1.25D,与CFD-DEM方法模拟结果较为接近;对圆柱周围不同位置流速分布进行分析,得出圆柱对周围流场最大影响范围为3D;通过计算时间的对比,发现MP-PIC方法的计算效率是CFD-DEM方法的8.8倍,验证了该模型对局部冲刷模拟的合理性和高效性。