波浪在堤防上的爬高是确定防波堤堤顶高程和结构形式非常重要的参数之一,波浪爬高的确定是护岸和防波堤工程可行性研究和设计中的一项重要工作。传统的波浪爬高研究方法以实验为主,通过波浪水槽、造波机造波、构建不同结构面形式的斜坡堤来模拟波浪爬高。但物理试验会花费大量人力、物力和时间,同时物理试验使用的波浪多为规则波与随机波,对非线性波浪的试验研究较少。随着计算机技术的飞速发展,使用数值模拟方法研究波浪爬高已逐渐成为当今的研究热点。因此,建立可靠有效的数值波浪水槽来分析波浪爬高是十分有意义的。本文基于k-?湍流模型和VOF法追踪自由表面,采用边界条件法造波,使用海绵层阻尼法进行消波。创建了三维数值波浪水槽及波浪爬高模型,数值生成不同类型的波浪,并模拟不同类型波浪在斜坡堤上的爬高过程。对波浪在不同形式护面上的爬高精度及规范计算公式精度进行评估。论文的主要工作与结论如下:1、通过波面、波谱比较对本文建立的数值波浪水槽进行有效性验证。结果表明,数值模拟生成的线性波、斯托克斯波、椭圆余弦波、孤立波以及随机波均和波浪理论值基本吻合,表明本文建立的数值波浪水槽在波浪的生成、传播以及消波的模拟具有一定的精确性与可靠性。2、基于数值波浪水槽,对规则波在光面斜坡堤及随机波在复式断面海堤上爬高进行数值模拟,与物理试验比较表明:规则波与随机波的爬高数学模型计算结果平均相对误差均不超过10%,模型具有较高的精度。3、通过模拟不同非线性程度的规则波和随机波在异型预制块护面斜坡堤上的爬高,数值模拟爬高值与物理试验及规范计算值对比表明异型预制块护面斜坡堤上的爬高平均相对误差均不超过10%,数值模拟结果良好,达到工程设计精度要求。本文建立的数值水槽适用于光面及异型预制块护面斜坡堤波浪爬高问题的研究。4、数值模拟不同非线性强度规则波在斜坡堤上的爬高,通过数值模拟结果与《海堤工程设计规范》等规范波浪爬高公式计算结果对比表明:在较强非线性波浪下,波浪非线性程度越强,规范计算值偏差越大;在极浅水范围内,规范计算值偏差普遍较小。规范推荐的波浪爬高计算公式在计算强非线性波浪爬高及极浅水范围内波浪爬高的精度有待进一步界定。根据《海堤工程设计规范》等规范,不同护面结构形式斜坡堤上的爬高值通过光面斜坡堤上爬高和不同护面结构形式的糙渗系数,计算得到波浪在对应护面结构形式斜坡堤上的爬高值。本文数学模型方法可应用于实际工程设计中不同结构形式斜坡堤上的爬高的确定,具有较高的实用价值。《海堤工程设计规范》等规范波浪爬高公式在较强非线性或极浅水波浪下应慎重使用。