波浪与海床的相互作用过程及其机理是近海、海岸和岩土工程中有着重要理论意义和广阔应用价值的研究课题。建立波浪、海床及其周边结构物的耦合模型可以对于理解波浪对海床的压力作用、海床对波浪的衰减效应以及结构物周边地基失稳形式等提供更加全面的认识。论文从波浪作用下砂质海床的动力响应出发,推导并改进了海床的弹性和弹塑性控制方程,结合波浪在海床上传播的运动方程,建立了各种形式波浪在砂质海床上传播及变形的二维相互作用耦合模型,并以此为基础分析了海床在波浪作用时的动力响应,相比以往基于理论解析的研究方法具有更加广泛的应用前景。论文全面考虑了弹性砂质海床的振荡超静孔隙水压力响应,给出了包含土骨架加速度和孔隙流体加速度效应的比奥动力响应方程(“u-w”形式),并在前人的研究基础上,推导了比奥动力响应控制方程解析解的一般形式。该解析解与野外观测资料及室内水槽试验数据进行了对比,结果较为吻合。在此基础上,针对海洋环境中常见的波流共同作用荷载作用,探究了均匀流对弹性海床超静孔隙水压力、应力等的影响,结果表明在出海口和河流地区等流速明显的地方需要重点考虑流速引起的超静孔隙水压力和剪应力的变化。累积超静孔隙水压力的计算以比奥固结方程(“quasi-static”形式)为基础,针对循环荷载作用下的交变剪切特性,引入了考虑砂土在循环剪切作用下塑性变形的简化弹塑性模型。在此弹塑性模型基础上,改进了循环剪应力比的定义,使其能够应用到低频的二维波浪作用中。为了考虑液化后海床的再固结效应,引入了反映液化后砂土超静孔隙水压力消散过程的边界层概念,并首次给出了边界层的厚度表达式。与离心机试验的对比结果表明该模型能够有效模拟砂土在波浪作用下的超静孔隙水压力的累积及消散现象。对于累积超静孔隙水压力在水平方向上的分布发展规律以及砂土在不同波浪荷载形式作用下的液化区域发展过程着重进行了数值分析,结果表明不同波浪形式作用下,海床的液化过程也呈现与波浪荷载形式相关的液化区域发展模式。论文建立了描述粘性波浪运动的N-S方程和雷诺平均方程,给出了数值造波、波浪传播、数值消波过程的主要数学方程和有限元实现方式。特别增加了对于可能存在的波浪破碎现象的模拟,求解了基于湍流耗散模型的雷诺平均方程。与解析解和室内水槽试验的对比结果表明,提出的波浪数学模型和有限元求解过程可以较好的模拟波浪的产生、传播、消散以及遇到结构物时的破碎过程。最后建立了描述波浪、海床与结构物相互作用过程的完全耦合模型。将弹性海床控制方程、弹塑性海床控制方程和波浪运动基本方程通过对COMSOL有限元软件二次开发进行了多物理场耦合,实现了一个时间步长内,波浪与海床信息的同步交换。与已有的室内水槽试验的对比表明,本文提出的耦合模型对于多种不同类型的波浪、海床与结构物的相互问题均有较为满意的模拟结果。数值分析表明,由于耦合作用的存在,海床对波浪能量起到一定的衰减作用;同时,与单向耦合作用相比,波浪作用下海床内的超静孔隙水压力会产生一定程度的衰减,最大液化深度也会随之变浅。