水沙两相流存在于河流湖泊海洋中,是一种非常普遍的流体。水沙两相流在运动过程中会产生能量,能量会对周围的建筑物形成冲刷磨蚀。由于水工结构物的存在,导致冲刷磨蚀特性不同,现在对弹塑性材料受到冲刷磨蚀机理还没有研究明确,并且沙固体颗粒的运动特性还没有研究清楚,因此,研究沙固体颗粒对水工结构物—桥梁墩柱的冲刷磨蚀具有深远的研究意义。基于此,以混凝土桥梁墩柱作为冲刷磨蚀靶材,利用试验研究和数值模拟研究相结合方法研究水沙两相流中沙固体颗粒粒径与含沙率对不同龄期下的混凝土桥梁墩柱的冲刷磨蚀。在试验研究中,采用自制试验设备,以相似理论对混凝土桥梁墩柱进行冲刷磨蚀,研究4种不同沙固体颗粒以及4种含沙率对6种龄期下的混凝土桥梁墩柱冲刷磨蚀影响。利用FLUENT流体软件对混凝土桥梁墩柱冲刷磨蚀过程数值模拟研究,进而通过试验研究结果与数值模拟结果进行对比,预测桥梁墩柱冲刷磨蚀损失,提前做好防护措施,减少危险事故的发生。通过数值模拟和试验研究得出以下结论。(1)水沙两相流以不同的沙固体颗粒粒径冲刷磨蚀混凝土桥梁墩柱,随着沙固体颗粒的增大,冲刷磨蚀损失率逐渐减小,颗粒粒径为1.5 mm时,沙固体颗粒以悬移质在河床底部运动对混凝土桥梁墩柱形成强烈的磨蚀,磨蚀截面在混凝土桥梁墩柱底面呈抛物面状,在混凝土桥梁墩柱展向方向,颗粒粒径越大,冲刷磨蚀损失率越来越小,冲刷磨蚀主要出现在桥梁墩柱下部,并且水沙两相流与空气结合面冲刷磨蚀损失率几乎为0,也表明桥梁墩柱受到水沙两相流冲刷磨蚀主要是沙固体颗粒所致,清水对水工结构物的冲刷磨蚀比较低。(2)水沙两相流含沙量越高,冲刷磨蚀损失率越大。随着混凝土养护龄期的增加,冲刷磨蚀损失率逐渐减弱,当混凝土达到设计强度时,继续养护对冲刷磨蚀的抵抗能力不强。在试验冲刷磨蚀过程中,混凝土桥梁墩柱表面的冲刷磨蚀比较强,混凝土内部冲刷磨蚀逐渐变弱。(3)通过数值模拟与试验研究结果进行对比可知,数值模拟和试验结果具有很好的一致性,冲刷磨蚀损失率最严重的部位发生在混凝土桥梁墩柱的最底端,需要对混凝土桥梁墩柱最底端进行加强防护。