河流中的水下穿越管道在自然或者人为因素作用下容易出现裸露的情况,工程上一般采用压重块保护措施来保证其在位的稳定性。但是裸露穿河管道在压重块保护措施下的冲刷特性还不明确,水流冲刷引起河床地形变化的不确定性仍然会给管道的安全运行和后期维护造成威胁。因此,研究压重块保护措施下管道周围的流场分布和冲刷特性可为水下穿越管道压重块保护措施的设计、建造、运营维护提供重要的理论支撑。论文通过定床模型试验,对不同工况条件下管道周围的流速分布进行了研究。在定床模型试验的基础上,采用三维流固耦合数值模型进一步分析了管道周围的流场分布规律。利用动床模型试验,研究了管道周围河床的冲刷特性,得出如下主要结论:（1）通过定床模型试验研究了不同压重块布置间距、压重块长度、水流流速、河道水深下的管道附近的流速分布,结果表明:管道周围的局部冲刷流速随水流流速和压重块长度的增加而增大,随河道水深和压重块布置间距的增加而减小。管道局部冲刷流速的最大值出现在距管顶0.5倍管径D的位置,此处流速波动较大,呈现出一个“S”形。（2）利用定床模型的流速数据验证了三维数值模型的可靠性,通过数值模型进一步分析了管道周围的水流流态、河床压力分布和床面切应力,结果表明:水流作用下管道的前后均会出现顺时针的漩涡,迎流侧的漩涡会使管道迎流测出现冲刷坑,背流侧的漩涡则会造成泥沙的堆积。在压重块布置间距和长度变化时,管道前后河床压力差也会改变,较大的压力差会使管底河床泥沙出现渗透破坏。在管道迎流侧距离管道中心1.5倍管径D处床面切应力最大,可知管道的迎流侧最易发生冲刷。（3）通过动床试验研究了不同工况条件下管道周围河床的冲刷过程、冲刷机理、冲刷地形和最大冲刷深度,结果表明:裸露穿河管道在压重块保护措施下的冲刷过程可以分为4个阶段,分别是冲刷坑形成、压重块迎流侧悬空、管道迎流侧悬空以及冲刷平衡。在冲刷平衡阶段,管道最大冲刷深度位于布置有压重块的管道段。在压重块布置间距和长度一定的条件下,随着水流流速和河道水深的变化,最大冲刷深度在管道直径D的0.9～1.6倍之间。管道最大冲刷深度与压重块长度、水流流速正相关,与压重块布置间距、河道水深负相关。压重块长度、压重块布置间距、水动力条件、沙粒特性共同影响管道最大冲刷深度,采用量纲分析法提出了预测压重块保护措施下裸露穿河管道最大冲刷深度的经验公式,并利用试验数据验证了其准确性和可靠性。