水底管道作为一种河流及海洋工程中广泛应用的运输设备,在受到水流作用下易产生管线冲刷和破坏,全球每年都有不少管道因冲刷而失事。因此,需要开展水底管线防冲保护的相关研究。本文基于水槽试验,对水生植物条件下水流特性及有水草垫覆盖的管道附近水沙运动规律进行了研究,并探讨了人工水草垫对管道的防冲保护作用。实验分别针对定床和动床两种情况进行。在定床条件下,主要研究了明渠内淹没植物条件下二维恒定均匀水流特性及床面糙率的变化规律。通过本次研究发现:含植物水流的垂线流速分布近似为S型,在植物层顶部附近出现拐点,不再符合原不含植物条件下的对数分布,改变后的流速分布受到植物自身以及外界环境的复杂影响;淹没植物的存在起阻流作用,增大了水流的坡降,使床面糙率变大。依据实验结果,分析了无量纲植物密度同糙率的相关关系,建立了植物水流拖曳力与植物特征粗糙度之间的对数关系表达式。在动床条件下,开展了人工水草垫对管道防冲刷保护实验,在明渠内观测了二维恒定均匀水流内铺有仿生植物垫的、水底管道附近的水流特征及床面冲淤变化;据此探索了水流作用下管道防冲物理过程,绘制了冲刷坑形态曲线,并分析了水草垫周围的泥沙运动规律;实验发现Fr数、管径的变化对管道冲淤深度有影响;利用列维泥沙启动流速经验判别公式计算了泥沙启动临界流速,以此揭示人工水草垫的防冲机理。试验表明:人工草垫的铺设,可以有效的防止水底管道的冲刷掏空,但人工水草垫的防冲效果受到初始水沙要素和水草材料特性的影响。最后,针对人工水草垫在水底管道促淤防冲保护工程中的应用,本文提出了几种设计应用思路,讨论了其在工程实际应用的条件和方法。