波浪破碎是海洋表面上一种常见的物理现象,同时也是海洋工程和非线性水波动力学领域中极其重要的研究方向。而波浪传播的多向性能够显著地影响波浪破碎的运动学和动力学特征,因此深入研究三维波浪破碎问题是非常重要的,并且也更具有实际应用价值。然而,由于三维波浪破碎的研究方法以及实验数据的采集手段并不成熟,导致目前有关三维波浪破碎的实验研究还很匮乏。为提高对三维波浪破碎现象的认识,本文提出研究双向传播波列相互作用导致破碎的研究方案,通过在水池中设置一个有两个水道相交形成的装置,从而可以使两列传播方向相对称的波浪经过各自水道传播,并且在一个特定区域相遇并相互作用而产生破碎这一物理过程,通过改变两个水道的夹角可以进行不同角度对波浪破碎影响的实验。由于这是最简单的三维波浪相互作用实验,因此本文称之为弱三维波浪相互作用。本文首先介绍了弱三维波浪的产生方法,同时在三维波浪港池中成功模拟了传播方向不同的两列波浪,通过物理实验对弱三维波浪破碎的特性进行了详细的研究。实验考虑了 8°和12°两个方向角对波浪破碎的影响,分别系统地研究了规则波和聚焦波在弱三维实验过程中的波面特性、频谱变化以及能量损失等问题。另外对二维波浪聚焦实验进行了详细研究,揭示了波浪聚焦频率失调现象对破碎能量损失的影响。具体研究结果如下:1.实验首次观察到了两个不同传播方向的波浪从相遇到叠加再到破碎的完整过程,该现象与以往的二维破碎相比,弱三维波浪破碎过程更加复杂,波浪破碎更加剧烈,说明波浪的传播方向在波浪破碎过程中的作用明显。2.对于规则波的弱三维实验,实验中考虑了频率以及初始波陡的大小对不同方向角的弱三维波浪破碎的影响,通过分析波高变化,以及波浪分离后的横向波面历时曲线,研究结果表明最大波高仅与实验的方向角有关,与波浪的频率及初始波陡大小无关;而频率和初始波陡的大小可以影响弱三维波浪破碎程度,通过与二维实验结果对比发现,频率越小、初始波陡越小时,波浪相互作用的影响可以忽略。3.对于聚焦波的弱三维实验,实验中详细探讨了初始波陡的大小对不同方向角的弱三维波浪破碎的影响,通过对比弱三维波浪分离后的波面历时曲线以及分析弱三维波浪破碎的频谱演变,发现初始波陡较大时,波浪间相互作用非常剧烈,波浪破碎前引起波浪频谱高频部分能量增长;同时对比波浪破碎前后的频谱,可以看出波浪破碎的能量损失主要来自主频的高频部分,这与前人的二维实验结果是一致的。另外,波浪的方向角对于主频段的能量传输影响较为明显,但是对于低频和高频波浪的能量传输影响并不突出。4.通过对破碎能量损失的分析,发现波浪破碎能量损失随着初始波陡的增加而增大,但是相同条件下二维破碎能量损失要大于弱三维波浪破碎能量损失;同时弱三维波浪间夹角增大,破碎能量损失也更大。5.实验中详细分析了波浪聚焦频率失调现象,发现波浪聚焦频率失调是引起波浪破碎能量损失变化的重要原因。