梳式防波堤结构是我国在“九五”期间自主研发、具有独立知识产权的一种新型水工结构。作为示范工程,一种透浪型式的梳式防波堤结构在大连港大窑湾岛堤工程建设中得到成功应用,该结构与传统直立式防波堤相比,具有减小波浪反射、降低波浪总力、有效吸收波能和造价低廉等优点；在后续工程中,考虑到港内靠泊的实际需求,拟采用一种非透浪的梳式防波堤结构,而在施工期间一次较小风浪作用下,结构的翼板和胸墙却均发生了损坏。由此推断,梳式防波堤的水动力学特性会随着翼板位置和透空尺寸的改变而发生较大改变,导致梳式防波堤的受力和消防浪机理也变得复杂。目前已有关于梳式防波堤的研究都是基于有限的结构参数和工况下的物理模型试验,提出的关于梳式防波堤的波浪力和反射系数的经验公式应用范围相对有限,结构的受力作用机理也未明确,仍存在大量有待解决的问题。本文以物理模型试验和数值模拟相结合的方法,对波浪作用下梳式防波堤的水动力学特性开展了系统的研究,主要取得了四个方面的研究成果。首先通过物理模型试验研究了波浪与一种非透浪梳式防波堤结构的相互作用,研究发现：梳式防波堤具有与传统直立堤不同的受力特性,其结构翼板部分作用力受水深影响较大,并非随着水位的增加而增大,而是当水位在胸墙底板以下一定范围内时为危险水位；翼板上部波浪压力具有极强的冲击压力特性,极易超过翼板结构强度承受能力。在此基础上针对性研究了胸墙下底板开长条孔、空腔内置斜坡堤和胸墙下底板加设“工”字体挡板等三种改进结构的受力特性及消浪特性,主要分析对比了不同水深、波高因素下的结构水动力荷载和反射系数,确定“工”字体挡板梳式结构为优选结构,为非透浪梳式防波堤的设计和工程实施方案的确定提供依据。建立了时域内的三维数值波浪水槽模型,以三维Reynolds平均的Navier- Stokes方程为基本控制方程,采用质量源造波法生成波浪,自由表面追踪采用VOF方法,并在水槽的两端采用阻尼层进行消波。经验证,该数值水槽具有较小的数值耗散和较好的波浪均匀性,可以精确模拟线性波浪、Stokes波浪以及随机波浪。进一步通过模拟波浪与简单的直墙防波堤、水面单箱和三箱问题验证了本文数值模型的网格依赖性和波浪力计算的有效性。在上述数值工作基础上,首次开展了波浪与梳式防波堤结构相互作用的三维时域数值计算。模拟了不规则波对物理模型试验中的原非透浪梳式防波堤作用,通过对波压力时域数值模拟结果与物理模型试验结果进行对比验证,证明该数值模型能够准确地模拟出不规则波浪作用下结构翼板上承受冲击压力的特性。应用数值模型对该非透浪梳式防波堤结构的异型空腔内流场进行分析,对结构受冲击压力机理进行研究,结果表明：结构所受冲击压力源于翼板和胸墙下底板构成的异型空腔内流场速度矢量及涡量的变化；空腔内水体强紊动、气流漩涡和回流导致翼板与上顶板构成的直角空间附近出现异常大的流速,导致翼板受到较大冲击波浪力；同时,异型空腔内漩涡强度及中心位置变化导致了翼板最大波浪力位置的变化。结合该梳式防波堤的受力过程与作用机理,提出该结构的优化设计方法：通过抬高胸墙顶标高的方法来增大空腔空间,或者在原结构的胸墙底板下方开矩形孔洞可有效减小局部冲击波浪力。数值模拟了波浪与40种不同翼板尺寸的透浪式梳式防波堤的相互作用,计算工况共284组次。首先利用数值模型研究了透浪式梳式防波堤的受力机理。在此基础上,将研究分为水位在胸墙底板以上和以下两种情况来探讨结构的水动力学特性：当水位在胸墙底板以上时,在已有研究的基础上,进一步发现结构的反射系数除了受参数b/L影响以外,还随着相对堤前水深c/d的增加而线性增加；结构的透浪系数也主要受参数b/L和c/d的影响；并根据计算结果提出水位在胸墙底板以上时反射系数和透射系数的经验公式。当水位在胸墙底板以下时,研究了水平波浪力折减系数KF-R、透浪系数KT随翼板参数、水深、波高和周期等主要参数的变化规律；对梳式防波堤的最大波峰力与平均最大波峰力的关系,波峰与波谷作用力的关系进行了系统研究；得到了相对于透浪式梳式防波堤翼板部位的最危险水位范围；并基于数值计算结果,总结出了相应的经验计算公式。对已有的基于物理模型实验结果的经验公式进行了有效的扩展。