沿海桥梁易受波浪载荷的影响，特别是在海啸或风暴潮到来时。海啸或风暴潮与跨海桥梁的相互作用是一个复杂的问题，涉及波-物相互作用、波浪破碎，溢流和水气掺混等现象。另外，沿海桥梁通常位于浅水区域，在极端波浪环境下，线性波理论通常不能准确地进行描述，增加了此问题的复杂性。
　　本文通过自编程建立二维粘性数值水槽，运用交错网格对计算域进行划分，使用形线约束插值(CIP)算法求解纳维-斯托克斯(NS)方程，在流场内定义多相流模型对固液气相进行区分，通过在物体的表面上分布虚拟粒子来进行流固界面捕捉，运用双曲正切函数插值自由面捕捉(THINC)算法来捕捉自由面。建立求解极端波浪-结构相互作用问题的数值模型，可充分考虑强非线性和粘性，并直接进行时域整体模拟。
　　第三章对由CIP算法建立的数值水槽进行了两部分的验证。(1)对数值水槽的造波性能进行了验证，将由CIP数值计算出的孤立波与物理实验中波高仪测量的波高进行对比。(2)进行了算例验证，模拟了斜坡上孤立波和梯形防波堤作用的过程，将基于CIP算法的数值模拟结果与已发表的实验结果进行了比较。首先进行了收敛性测试，然后验证了数值结果，最后通过改变入射波高和水深，探讨了水深对孤立波与梯形防波堤作用的影响。
　　第四章根据CIP方法数值研究了孤立波与桥梁面板的相互作用。进行了不同工况下的数值模拟，包括不同孤立波波高、不同桥梁面板位置以及不同水深。将由CIP数值计算的结果，与发表的实验数据进行验证，观察到数值结果与实验数据之间的一致性。分析了不同入射波高度以及不同桥梁面板位置，对自由表面抬升和水动力的影响，对流场中的物理量进行了说明和分析，包括压力分布，速度矢量分布和涡量场，展示了波物相互作用过程中的强非线性和水气掺混现象。
　　第五章研究了孤立波与带有矩形梁的桥梁断面作用的过程，在第四章孤立波与桥梁面板作用的基础上。首先将CIP结果与发表实验结果进行验证。然后探究了不同参数如：波高、桥梁断面相对于静水面的位置、水深以及桥梁面板下横梁的数目等，对水动力及流场的影响。对于相互作用过程中的气穴夹带现象进行了分析。
　　第六章对孤立波与箱形梁桥梁断面作用的过程进行了探究。以1∶30的缩尺比选取港珠澳大桥作为箱型梁桥梁断面模型。对孤立波与箱形梁桥梁断面作用过程中的水动力、压力场、涡量场，以及速度场进行了探究。对比分析了孤立波与箱形梁桥梁断面作用时，与矩形梁断面上水动力的不同。
　　本文基于CIP算法的数值模型，由于多相流模型的使用，理论上有拓展至分层流体的可能性。第七章对由第二章所建立的单层流体波浪数值水槽进行再次开发，目标是建立基于CIP算法，具有内波造波能力的密度跃层数值水槽。
　　充分考虑模型中的粘性和非线性效应，是此数值模型的主要优点。研究表明，该模型能够很好地模拟水动力与流场，能够定量预测非线性波-结构相互作用问题。因此基于CIP方法开发的数值模型，有望准确预测极端波浪与海上结构物的强非线性相互作用。