近年来,水射流开沟机器人在海洋铺管、埋缆、维修中的应用越来越广泛。研究分析海底开沟设备的射流破土开沟效果,有助于优化开沟机器人的结构,并为工程应用提供参考依据。工程应用中遇到的多为三维移动射流冲刷问题,而现有的研究多为二维定点射流冲刷。针对上述问题,本文基于三维特征开展了固定喷嘴、移动喷嘴以及不规则地形条件下的射流冲刷效果研究。主要内容总结如下:首先,介绍了海底开沟装备技术,重点分析了国内外海底射流开沟机的研究现状;描述了Flow-3D泥沙冲刷模型和参数设置,建立了射流冲刷数值模型并将数值模拟结果与圆柱固定射流冲刷试验做对比。结果表明:Flow-3D泥沙冲刷模型可模拟真实情况下的射流冲刷过程。其次,基于上述建立的数值模型开展了固定射流冲刷过程的数值模拟研究,分析了射流速度、喷射靶距、喷射间距和泥沙粒径四个参数对冲刷效果的影响。结果表明:冲刷深度和宽度均随射流速度线性增大;冲刷深度和宽度均随泥沙粒径减小而增大,泥沙粒径越小,冲刷达到平衡状态的时间越长;存在一个最佳靶距,使得冲刷效果达到最佳;存在一个喷射间距,使得两股射流的影响最为强烈,冲刷深度出现极小值。此外,开展了移动射流冲刷过程的数值模拟研究,分析了射流速度、移动速度、泥沙休止角和泥沙密度四个参数对冲刷效果的影响,并进行了冲坑几何相似性验证。结果表明:沟深和流速成非线性关系,沟宽和流速成线性关系,流速对沟深的影响大于对沟宽的影响;沟深和沟宽均与移动速度成非线性关系,移动速度对沟宽的影响大于对沟深的影响;沟深和休止角成线性关系,沟宽和休止角成非线性关系,休止角对沟深的影响大于对沟宽的影响;泥沙密度对射流冲刷效果影响很小;不同流速下的冲刷横剖面具有良好的几何相似性。最后,开展了不规则地形下的射流冲刷数值模拟研究,针对海底沙丘预处理问题提出了喷冲臂射流冲刷的解决方案,针对此方案建立了数值模型并分析了方案的可行性。结果表明:喷冲臂冲刷面积较大,冲刷效率较高,适合解决海底沙丘预处理问题。