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摘要：占地球表面积71% 的海洋是一个巨大的资源宝库， 除了丰富的水资源与生物资源外， 海洋石油及其他矿物资源不仅种类可与陆地上的各类资源相媲美，而且数量巨大。 此外， 海洋空间也是一种潜力巨大的资源， 在陆地上的可用资源日益紧张的今天， 海洋空间的作用将显得更加重要。 海洋正在成为人类的第二生存空间， 下一个世纪人类对海洋的开发利用将面临一个空前迅猛的发展时代， 与此同时， 也带来了对海洋环境保护问题的严重关注。关于海洋的简单介绍，如下。
关键词：波浪；海上建筑物；作用
海洋开发利用首先必须依赖于海上工程设施。由于海洋的环境条件十分恶劣， 随着海洋开发利用规模的日趋庞大， 就要求人类对海洋环境条件的认识、工程设施的设计理论与建造技术水平等有很大的提高， 以期在保证安全可靠的前提下降低工程造价、缩短建设周期、减少维修工作和延长使用年限，这必将给海岸和近海工程领域的发展带来前所未有的机遇与挑战。
波浪作用是海上建筑物最重要的环境荷载，了解海浪及其对建筑物的作用， 对于海岸和近海工程的研究、设计、施工及管理等方面的人员来说， 无论在理论上和实践上都有重要意义。
对于海上建筑物而言，其承受的主要自然荷载之一是波浪荷载。当风浪由深海或近海传播到近岸遇到海上工程建筑物时，就会发生波浪与建筑物的相互作用。建筑物对波浪的作用，使波浪发生变形或可能破碎，而建筑物则要承受由波浪作用而引发的波浪动力作用力；来波越大，则波浪荷载作用力越大。海上建筑物的存在，必然会影响到波浪在海域中的传播，建筑物将对波浪产生阻碍作用，波浪遇到建筑物则会发生反射、绕射、透射及变形和出现波浪破碎和立波等现象，更为严重的会由此直接引发建筑物破坏。下面本文将从海洋中工程应用的几个主要方面来具体阐述波浪与建筑物的相互作用。
一、波浪作用下建筑物周围的泥沙冲刷及海床演变
海上建筑物有多种具体形式，如海底管线、小尺度桩柱、大尺度圆柱、防波堤、人工岛等。当这些建筑物在海洋中存在时，建筑物附近的水流速度分布将被改变，这种流速的改变产生下面现象：在结构前方产生马蹄形涡和涡在建筑物后方脱落；湍流的加强；波浪遇到建筑物时将会产生绕射、反射以及波浪破碎等现象。这些现象都会使建筑物周围的底部剪切应力和泥沙输沙率值增大，导致局部冲刷。在海上建筑物周围，由于泥沙的运动受到很多因素的影响，尤其是当波浪和水流共同存在时，波浪与水流的相互作用是非线性的，波流共同作用下的海底水流速度和剪应力的分布也不是由单纯波浪和单纯水流两种情况的简单叠加，所以相对于定常流情况，对海上建筑物周围泥沙冲刷的计算要复杂得多，目前还没有十分成熟的，能较精确地模拟建筑物周围的海床演变过程的数值模型。
近年来一些学者对于大尺度建筑物周围的泥沙冲刷进行了试验研究或数值模拟，在数值模型中，波浪场计算使用的是利用线性水平二维波浪方程或线性波浪在圆柱周围绕射的解析展开解，模型中考虑了波浪辐射应力引起的水流，并且所研究的泥沙为无粘性的。在数值模型中利用水质点速度计算泥沙输沙率，没有对波浪边界层的剪应力进行计算，并通过泥沙质量守恒方程计算海床演变。上面所提到的数值方法的计算结果与实测值都有较大的差别。在以往的关于大尺度建筑物周围的泥沙冲刷的数值和试验研究结果中，在建筑物的迎浪侧会出现冲坑，而在背浪侧会出现淤积。
在试验结果中，当圆柱的直径与水流和波浪水质点速度相比较大时，在圆柱的前方发生冲刷，而在圆柱的后方发生淤积，冲刷面积比淤积面积大，冲刷面积随圆柱的直径的减小而增大，当圆柱的直径很小时，在圆柱周围的海床全部被冲刷。在任何情况下最大冲坑深度位置位于在圆柱的侧面。数值结果的冲坑深度较实测值小，而淤积高度较实测值大，数值结果与实测值之间的误差随圆柱直径的减小而增大，说明数值模型在大尺度圆柱周围的泥沙冲刷中是比较有效的。由于泥沙的运动情况受到很多因素的影响，目前关于海底剪切应力和泥沙冲刷的理论还很不成熟，所以在这一领域还有待于进行深入研究。
二、波浪与抛石防波堤相互作用
海水与防波堤及海床土体形成了一个相互交融的统一整体，大气运动诱发了海水的波浪运动，又造成海浪与岩土的相互作用"波浪的主要特征有周期性，且时断时续、时高时低。当一次大风浪到来前后，常有若干较小系列的波浪呈现，并偶有暴风急雨、惊涛巨浪。由于海床岩石土体构造的复杂性和地质层状性，波浪循环荷载作用下各种土体表现出很大的差异，这样给解决波浪作用下海床土体动力响应问题和防波堤稳定性问题增加了难度。
对于波浪与防波堤相互作用及其海床土体动力响应问题，一般而言可采用现场观测、试验研究、理论分析以及数值模拟等方法来研究解决。物模试验能较好地模拟实际波浪运动规律，能直接观察到各种试验现象并能通过各种传感器采集到所需的重要物理数据，但由于受实验场地限制，比尺一般较小，仅限于用在较小空间范围内，且试验成本高、耗时长，模拟边界可能与实际状况存在一定差别。理论分析方法从流体力学的基本控制方程出发，必须对具体问题做相当的简化与假定，才能求得解析解，因此这种方法一般只适用于规则边界的简单情形，一般局限于线性问题，也难以在实际工程中广泛应用。
随着数值模型理论、计算方法和计算机图形软件的发展，数值计算模拟可以愈来愈逼真地显示和预报海岸工程建筑物在波浪作用下的各种物理现象。相对物理模型而一言，目前数学模型在研究工作中所占的比重愈来愈大。在波浪与防波堤相互作用研究领域，应用的数值计算方法主要有有限差分法、有限元法、边界元法、粒子追踪法和无网格法等。
目前为止，人们通过运用现场调查观测、物理模型试验、数值计算和理论分析等方法，从不同角度、借用不同手法和基于不同假定，针对波浪与抛石防波堤相互作用及其海床动态响应题目密切相关的问题做了大量的分析研究工作，取得了一系列成果并得到了工程实践的应用，然而仍存在许多未解决的或未解决好的问题有待深入探讨，就与本文研究的相关内容，仅列举以下几个点： （一）首先是海床岩土特性问题，例如，土颗粒的物理、力学性质、天然含水
固结状态如何确定，用什么方法从海底获得准确的、未扰动的原始土体样本的问题等等。
（二）一般情况下，海床岩石土体材料是各向异性、非均质的弹塑性介质。目前有关各向异性、非均质和塑性特征对海床动力响应的影响方面还少有研究。
（三）实际海洋波浪往往是的非线性且不规则的。现有的研究成果多数还局限在线性波或规则波范围。
（四）目前，对波浪作用下海床动响应问题，主要局限于纯海床，且绝大多数研究成果是以砂质海床为对象，且假定其为弹性、均质、各向同性的两相饱和介质。对有建筑物海床的动力响应及其在三维空间的分布问题更趋复杂，但也更具工程实际意义。因此，有必要针对土体原发的各向异性和非均质性来开展研究。
（五）传统上对波浪域均假定其为无粘有势的波动场，它没有考虑流体的粘性和紊态特征，难以描述波浪与抛石多孔介质建筑物之间的强非线性和紊动行为，现巳有用紊动控制方程并借用各种数值计算方法来研究的成果，但哪种方法更合理更接近实际仍是未知数，还有待大量的试验和现场实测来比较验证。
（六）对于波浪域与海床面之间的边界、抛石介质孔隙流域与海床面之间边界、抛石介质孔隙流域与防波堤底的边界均成在运动和动力祸合问题，现有成果或是未在完全意义上考虑了动力藕合问题，或是还未考虑到这类祸合问题。
三、海底管道冲刷与波浪力试验研究
海上油气资源已成为我国能源供应的一个重要组成部分。据 2005 年国土资源部、国家发改委联合组织的第三次石油资源评价初步结果，目前全国海洋石油资源量为 246 亿 t，海洋天然气资源量为 15.8 万亿m3 。开发海洋、开采海洋油气资源是我国能源发展的一个重要方向。
从 80 年代末到 90 年代，Sumer、Chiew 等对管道周围砂质底床冲刷做了大量调查研究。Chiew根据不同的研究目的，设计了三个类型的试验，对单向流作用下冲刷起动的机理和冲刷的发展过程进行了探讨。此外，他还研究了波浪作用下，管道上安装Spoiler对冲刷深度、幅度及冲刷发展速度的影响。Sumer对管道周围冲刷的起动、冲刷坑发展的影响因素、引起管道涡激振荡的极限冲刷长度等问题进行了详细讨论。Sumer的试验重点考察了参数 e/D（e 为管道埋置于海底的深度，D 为管径）和 KC（丘卡）数对冲刷起动的影响，而对冲刷起动时波浪的作用时间未作详细研究；此外，Sumer 等也没有考虑泥沙粒径对冲刷深度的影响。Sumer 等得到的拟合关系式在应用上有一定的局限性，不能用于粘性底质海床冲刷深度预测。另一方面，Sumer 等的试验主要集中于贴地管道周围冲刷的研究，而对于有一初始埋置深度的管道周围的局部冲刷未作深入研究。在国内，夏令等（2006）探讨了波浪作用下泥沙的起动机制，在现有研究成果的基础上，进一步考虑了波浪作用下海床中产生的渗透力对泥沙起动的影响。基于大型波浪水槽（水槽长 26.5m、宽 0.6m、高 0.8m）物理模型试验，初步分析了波浪作用下海底管道周围冲刷发生机理及其一般演变规律性。利用 VOF 法模拟波浪运动，并采用标准 k?ε湍流模型计算了平底固壁床面上没有管道存在和有管道存在两种情况下的壁面剪切应力，通过比较给出管道存在对底床侵蚀产生的影响。
早期，波浪力对管道稳定性影响的研究都是用机械驱动器来模拟作用在管道上实际的水动力，所以通过试验得到的管土相互作用模型不包含波浪参数。如果要和以前的试验结果作对比，必须对作用在管道上的水动力作计算。计算作用在海底管道上的波浪力都是用莫里森（Morison）方程，计算水平向力、垂向力和上升力。然而在力的模型中，尾流会改变管道周围水质点的速度，试验表明莫里森方程在预测形态细节和力的作用时间上有局限性。Soedigdo等）提出WakeⅡ模型，该模型基于对振荡流的线性Navier-Stokes模型闭合形式的解法，得出尾流速度修正值；基于起动效应确定水动力系数。WakeⅡ模型可用来计算分析只在规则波作用下的各种管径管道的稳定性。Sabag等（2000）指出：WakeⅡ模型与试验结果吻合，是对莫里森（Morison）方程的改善。
MadhuSudhan等（2002）通过试验对埋置于底床中的管道所受波浪力进行了研究。试验水槽长30m、宽2m、高1.7m，把一段管径为200mm的管道模型埋置于砂质底床中，针对不同波高和埋置深度进行了96组试验。管道垂直于水流方向放置，通过均匀布置在环管道周围的12个传感器测定管道所受波浪力。试验结果表明：管道所受波浪力明显取决于波周期，并与管道埋置深度有关。管道顶部所受波浪力较大，管道底部所受波浪力较小。
在国内，麦继婷等根据悬浮隧道自身结构特点和工程设计中所考虑的波浪条件，利用Morison方程和线性波浪理论，计算分析了隧道放置深度、海流速度、流向与波向间的夹角、波浪周期等诸多因素对隧道所受水平波浪力的影响。研究发现：（1）隧道放置深度过大，将使水平波浪力变化幅度增加，在一个波浪作用周期内受力情况趋于复杂；（2）海流速度的变化，导致波浪力变化幅度、出现峰值的时刻发生变化，且曲线波形变化趋于对称；而流向与波向间夹角对波浪力的影响，当海流速度较小时，夹角的变化对波浪力几乎不产生影响，只有当速度较大时，才有所反应；（3）周期的变化对隧道所受波浪力有明显影响。波浪作用周期过小将导致隧道所受波浪力的变化幅度显著增加，且在波浪作用周期内峰值次数增加，使得隧道所受波浪力变化趋于复杂。因此在设计时应对周期较短的波浪对结构物的作用予以重视。
总之，关于海底管道冲刷掏空和管道稳定性早已引起国内外高度重视。我国在这方面的研究起步较晚、发展较快，由于目前我国海底管道面临的问题比较严重，需要加大研究力度，为海底管道安全提供技术保障。 四、波浪和地震作用下对桩柱的影响
随着经济的快速发展，越来越多的跨海大桥和钻井平台之类的带桩柱结构的建筑物出现在海洋之中，所以研究波浪和地震对海洋中桩柱结构的作用越来越重要。
深水桥梁在地震作用下同时会受到波浪作用，研究地震和波浪联合作用对深水桥梁动力响应的影响具有重要意义。现在有些学者提出利用辐射波浪理论求解桥墩地震动水压力，并采用绕射波浪理论考虑波浪作用，建立地震和波浪联合作用下的深水桥梁动力响应分析方法；首先对深水桥梁分别进行地震和波浪作用下的动力响应分析，最后进行地震和波浪联合作用下的桥梁动力响应分析。分析得到，地震动水压力作用增大了桥梁结构的动力响应；波浪沿桥梁不同方向入射时波浪力对桥梁结构的动力响应影响有所不同，相对地震作用而言波浪影响较小；波浪和地震联合作用时桥梁结构的动力响应并不是两者单独作用下动力响应幅值的简单累加。由此得出深水桥梁动力响应分析应合理考虑地震和波浪作用的结论。
还有些学者利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形，采用Morison方程计算波浪力，并对结构水平方向输入El-centro波进行模拟，根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究，研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化，并与地震单独作用下的结构动响应进行了对比分析。分析结果表明，在波浪和地震共同作用下，前排桩所受弯矩最大，同时，桩顶的受力最危险；桩顶轴力分布表现出角桩最大、中间桩最小的分布特征。当波浪力和地震力方向一致时，桩顶位移增大，桩身弯矩和桩顶剪力也随之增加；反之，当波浪力和地震力方向相反时，则桩顶位移减小，桩身弯矩和桩顶剪力也随之减小。
通过波浪与海上建筑物相互作用的四个在工程实例方面的主要应用，介绍了近几年来波浪与海上建筑物相互作用这一学科的发展状况和当前所面对的主要问题。随着经济的快速发展的需要，这方面的问题也亟待解决，前辈们对我们这新一代研究人员给予深切期望，我们更应该努力探索，争取在这一问题上有所突破。
参考文献：
[1]Herbich.J. B..Offshore pipeline design elements.Marcel Dekkerinc.1981
[2]Breusers，H.N.C.，Raudkivi，A.J.，1991.Seouring，A.A.Balkem Rotterdam.
[3]赵明. 波浪作用下建筑物周围的泥沙冲刷及海床演变 大连理工大学博士论文
[4]邱大洪. 波浪理论及其在工程上的应用=M}.北京，高等教育出版社，1985
[5]周援衡. 波浪与抛石防波堤相互作用及其砂质海床动力响应分析 中南大学博士论文
[6]刘贞飞. 海底管道冲刷与波浪力试验研究 中国海洋大学博士论文
[7] 邱大洪. 海岸和近海工程学科中的科学技术问题 大连理工大学学报 第40卷第6期 2000年11月
[8] 李忠献 黄信. 地震和波浪联合作用下深水桥梁的动力响应 土木工程学报 第45卷第11期2012年11月
[9]武崇福 刘贝贝. 波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应 土木建筑与环境工程学报 第33卷第6期 2011年12月
[10]张卫平 孙昭晨. 波浪作用下考虑桩土相互作用的桩柱响应 水运工程 第3期总第464期 2012年3月[5]周援衡. 波浪与抛石防波堤相互作用及其砂质海床动力响应分析 中南大学博士论文
关键词：波浪；海上建筑物；作用
海洋开发利用首先必须依赖于海上工程设施。由于海洋的环境条件十分恶劣， 随着海洋开发利用规模的日趋庞大， 就要求人类对海洋环境条件的认识、工程设施的设计理论与建造技术水平等有很大的提高， 以期在保证安全可靠的前提下降低工程造价、缩短建设周期、减少维修工作和延长使用年限，这必将给海岸和近海工程领域的发展带来前所未有的机遇与挑战。
波浪作用是海上建筑物最重要的环境荷载，了解海浪及其对建筑物的作用， 对于海岸和近海工程的研究、设计、施工及管理等方面的人员来说， 无论在理论上和实践上都有重要意义。
对于海上建筑物而言，其承受的主要自然荷载之一是波浪荷载。当风浪由深海或近海传播到近岸遇到海上工程建筑物时，就会发生波浪与建筑物的相互作用。建筑物对波浪的作用，使波浪发生变形或可能破碎，而建筑物则要承受由波浪作用而引发的波浪动力作用力；来波越大，则波浪荷载作用力越大。海上建筑物的存在，必然会影响到波浪在海域中的传播，建筑物将对波浪产生阻碍作用，波浪遇到建筑物则会发生反射、绕射、透射及变形和出现波浪破碎和立波等现象，更为严重的会由此直接引发建筑物破坏。下面本文将从海洋中工程应用的几个主要方面来具体阐述波浪与建筑物的相互作用。
一、波浪作用下建筑物周围的泥沙冲刷及海床演变
海上建筑物有多种具体形式，如海底管线、小尺度桩柱、大尺度圆柱、防波堤、人工岛等。当这些建筑物在海洋中存在时，建筑物附近的水流速度分布将被改变，这种流速的改变产生下面现象：在结构前方产生马蹄形涡和涡在建筑物后方脱落；湍流的加强；波浪遇到建筑物时将会产生绕射、反射以及波浪破碎等现象。这些现象都会使建筑物周围的底部剪切应力和泥沙输沙率值增大，导致局部冲刷。在海上建筑物周围，由于泥沙的运动受到很多因素的影响，尤其是当波浪和水流共同存在时，波浪与水流的相互作用是非线性的，波流共同作用下的海底水流速度和剪应力的分布也不是由单纯波浪和单纯水流两种情况的简单叠加，所以相对于定常流情况，对海上建筑物周围泥沙冲刷的计算要复杂得多，目前还没有十分成熟的，能较精确地模拟建筑物周围的海床演变过程的数值模型。
近年来一些学者对于大尺度建筑物周围的泥沙冲刷进行了试验研究或数值模拟，在数值模型中，波浪场计算使用的是利用线性水平二维波浪方程或线性波浪在圆柱周围绕射的解析展开解，模型中考虑了波浪辐射应力引起的水流，并且所研究的泥沙为无粘性的。在数值模型中利用水质点速度计算泥沙输沙率，没有对波浪边界层的剪应力进行计算，并通过泥沙质量守恒方程计算海床演变。上面所提到的数值方法的计算结果与实测值都有较大的差别。在以往的关于大尺度建筑物周围的泥沙冲刷的数值和试验研究结果中，在建筑物的迎浪侧会出现冲坑，而在背浪侧会出现淤积。
在试验结果中，当圆柱的直径与水流和波浪水质点速度相比较大时，在圆柱的前方发生冲刷，而在圆柱的后方发生淤积，冲刷面积比淤积面积大，冲刷面积随圆柱的直径的减小而增大，当圆柱的直径很小时，在圆柱周围的海床全部被冲刷。在任何情况下最大冲坑深度位置位于在圆柱的侧面。数值结果的冲坑深度较实测值小，而淤积高度较实测值大，数值结果与实测值之间的误差随圆柱直径的减小而增大，说明数值模型在大尺度圆柱周围的泥沙冲刷中是比较有效的。由于泥沙的运动情况受到很多因素的影响，目前关于海底剪切应力和泥沙冲刷的理论还很不成熟，所以在这一领域还有待于进行深入研究。
二、波浪与抛石防波堤相互作用
海水与防波堤及海床土体形成了一个相互交融的统一整体，大气运动诱发了海水的波浪运动，又造成海浪与岩土的相互作用"波浪的主要特征有周期性，且时断时续、时高时低。当一次大风浪到来前后，常有若干较小系列的波浪呈现，并偶有暴风急雨、惊涛巨浪。由于海床岩石土体构造的复杂性和地质层状性，波浪循环荷载作用下各种土体表现出很大的差异，这样给解决波浪作用下海床土体动力响应问题和防波堤稳定性问题增加了难度。
对于波浪与防波堤相互作用及其海床土体动力响应问题，一般而言可采用现场观测、试验研究、理论分析以及数值模拟等方法来研究解决。物模试验能较好地模拟实际波浪运动规律，能直接观察到各种试验现象并能通过各种传感器采集到所需的重要物理数据，但由于受实验场地限制，比尺一般较小，仅限于用在较小空间范围内，且试验成本高、耗时长，模拟边界可能与实际状况存在一定差别。理论分析方法从流体力学的基本控制方程出发，必须对具体问题做相当的简化与假定，才能求得解析解，因此这种方法一般只适用于规则边界的简单情形，一般局限于线性问题，也难以在实际工程中广泛应用。
随着数值模型理论、计算方法和计算机图形软件的发展，数值计算模拟可以愈来愈逼真地显示和预报海岸工程建筑物在波浪作用下的各种物理现象。相对物理模型而一言，目前数学模型在研究工作中所占的比重愈来愈大。在波浪与防波堤相互作用研究领域，应用的数值计算方法主要有有限差分法、有限元法、边界元法、粒子追踪法和无网格法等。
目前为止，人们通过运用现场调查观测、物理模型试验、数值计算和理论分析等方法，从不同角度、借用不同手法和基于不同假定，针对波浪与抛石防波堤相互作用及其海床动态响应题目密切相关的问题做了大量的分析研究工作，取得了一系列成果并得到了工程实践的应用，然而仍存在许多未解决的或未解决好的问题有待深入探讨，就与本文研究的相关内容，仅列举以下几个点： （一）首先是海床岩土特性问题，例如，土颗粒的物理、力学性质、天然含水
固结状态如何确定，用什么方法从海底获得准确的、未扰动的原始土体样本的问题等等。
（二）一般情况下，海床岩石土体材料是各向异性、非均质的弹塑性介质。目前有关各向异性、非均质和塑性特征对海床动力响应的影响方面还少有研究。
（三）实际海洋波浪往往是的非线性且不规则的。现有的研究成果多数还局限在线性波或规则波范围。
（四）目前，对波浪作用下海床动响应问题，主要局限于纯海床，且绝大多数研究成果是以砂质海床为对象，且假定其为弹性、均质、各向同性的两相饱和介质。对有建筑物海床的动力响应及其在三维空间的分布问题更趋复杂，但也更具工程实际意义。因此，有必要针对土体原发的各向异性和非均质性来开展研究。
（五）传统上对波浪域均假定其为无粘有势的波动场，它没有考虑流体的粘性和紊态特征，难以描述波浪与抛石多孔介质建筑物之间的强非线性和紊动行为，现巳有用紊动控制方程并借用各种数值计算方法来研究的成果，但哪种方法更合理更接近实际仍是未知数，还有待大量的试验和现场实测来比较验证。
（六）对于波浪域与海床面之间的边界、抛石介质孔隙流域与海床面之间边界、抛石介质孔隙流域与防波堤底的边界均成在运动和动力祸合问题，现有成果或是未在完全意义上考虑了动力藕合问题，或是还未考虑到这类祸合问题。
三、海底管道冲刷与波浪力试验研究
海上油气资源已成为我国能源供应的一个重要组成部分。据 2005 年国土资源部、国家发改委联合组织的第三次石油资源评价初步结果，目前全国海洋石油资源量为 246 亿 t，海洋天然气资源量为 15.8 万亿m3 。开发海洋、开采海洋油气资源是我国能源发展的一个重要方向。
从 80 年代末到 90 年代，Sumer、Chiew 等对管道周围砂质底床冲刷做了大量调查研究。Chiew根据不同的研究目的，设计了三个类型的试验，对单向流作用下冲刷起动的机理和冲刷的发展过程进行了探讨。此外，他还研究了波浪作用下，管道上安装Spoiler对冲刷深度、幅度及冲刷发展速度的影响。Sumer对管道周围冲刷的起动、冲刷坑发展的影响因素、引起管道涡激振荡的极限冲刷长度等问题进行了详细讨论。Sumer的试验重点考察了参数 e/D（e 为管道埋置于海底的深度，D 为管径）和 KC（丘卡）数对冲刷起动的影响，而对冲刷起动时波浪的作用时间未作详细研究；此外，Sumer 等也没有考虑泥沙粒径对冲刷深度的影响。Sumer 等得到的拟合关系式在应用上有一定的局限性，不能用于粘性底质海床冲刷深度预测。另一方面，Sumer 等的试验主要集中于贴地管道周围冲刷的研究，而对于有一初始埋置深度的管道周围的局部冲刷未作深入研究。在国内，夏令等（2006）探讨了波浪作用下泥沙的起动机制，在现有研究成果的基础上，进一步考虑了波浪作用下海床中产生的渗透力对泥沙起动的影响。基于大型波浪水槽（水槽长 26.5m、宽 0.6m、高 0.8m）物理模型试验，初步分析了波浪作用下海底管道周围冲刷发生机理及其一般演变规律性。利用 VOF 法模拟波浪运动，并采用标准 k?ε湍流模型计算了平底固壁床面上没有管道存在和有管道存在两种情况下的壁面剪切应力，通过比较给出管道存在对底床侵蚀产生的影响。
早期，波浪力对管道稳定性影响的研究都是用机械驱动器来模拟作用在管道上实际的水动力，所以通过试验得到的管土相互作用模型不包含波浪参数。如果要和以前的试验结果作对比，必须对作用在管道上的水动力作计算。计算作用在海底管道上的波浪力都是用莫里森（Morison）方程，计算水平向力、垂向力和上升力。然而在力的模型中，尾流会改变管道周围水质点的速度，试验表明莫里森方程在预测形态细节和力的作用时间上有局限性。Soedigdo等）提出WakeⅡ模型，该模型基于对振荡流的线性Navier-Stokes模型闭合形式的解法，得出尾流速度修正值；基于起动效应确定水动力系数。WakeⅡ模型可用来计算分析只在规则波作用下的各种管径管道的稳定性。Sabag等（2000）指出：WakeⅡ模型与试验结果吻合，是对莫里森（Morison）方程的改善。
MadhuSudhan等（2002）通过试验对埋置于底床中的管道所受波浪力进行了研究。试验水槽长30m、宽2m、高1.7m，把一段管径为200mm的管道模型埋置于砂质底床中，针对不同波高和埋置深度进行了96组试验。管道垂直于水流方向放置，通过均匀布置在环管道周围的12个传感器测定管道所受波浪力。试验结果表明：管道所受波浪力明显取决于波周期，并与管道埋置深度有关。管道顶部所受波浪力较大，管道底部所受波浪力较小。
在国内，麦继婷等根据悬浮隧道自身结构特点和工程设计中所考虑的波浪条件，利用Morison方程和线性波浪理论，计算分析了隧道放置深度、海流速度、流向与波向间的夹角、波浪周期等诸多因素对隧道所受水平波浪力的影响。研究发现：（1）隧道放置深度过大，将使水平波浪力变化幅度增加，在一个波浪作用周期内受力情况趋于复杂；（2）海流速度的变化，导致波浪力变化幅度、出现峰值的时刻发生变化，且曲线波形变化趋于对称；而流向与波向间夹角对波浪力的影响，当海流速度较小时，夹角的变化对波浪力几乎不产生影响，只有当速度较大时，才有所反应；（3）周期的变化对隧道所受波浪力有明显影响。波浪作用周期过小将导致隧道所受波浪力的变化幅度显著增加，且在波浪作用周期内峰值次数增加，使得隧道所受波浪力变化趋于复杂。因此在设计时应对周期较短的波浪对结构物的作用予以重视。
总之，关于海底管道冲刷掏空和管道稳定性早已引起国内外高度重视。我国在这方面的研究起步较晚、发展较快，由于目前我国海底管道面临的问题比较严重，需要加大研究力度，为海底管道安全提供技术保障。 四、波浪和地震作用下对桩柱的影响
随着经济的快速发展，越来越多的跨海大桥和钻井平台之类的带桩柱结构的建筑物出现在海洋之中，所以研究波浪和地震对海洋中桩柱结构的作用越来越重要。
深水桥梁在地震作用下同时会受到波浪作用，研究地震和波浪联合作用对深水桥梁动力响应的影响具有重要意义。现在有些学者提出利用辐射波浪理论求解桥墩地震动水压力，并采用绕射波浪理论考虑波浪作用，建立地震和波浪联合作用下的深水桥梁动力响应分析方法；首先对深水桥梁分别进行地震和波浪作用下的动力响应分析，最后进行地震和波浪联合作用下的桥梁动力响应分析。分析得到，地震动水压力作用增大了桥梁结构的动力响应；波浪沿桥梁不同方向入射时波浪力对桥梁结构的动力响应影响有所不同，相对地震作用而言波浪影响较小；波浪和地震联合作用时桥梁结构的动力响应并不是两者单独作用下动力响应幅值的简单累加。由此得出深水桥梁动力响应分析应合理考虑地震和波浪作用的结论。
还有些学者利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形，采用Morison方程计算波浪力，并对结构水平方向输入El-centro波进行模拟，根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究，研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化，并与地震单独作用下的结构动响应进行了对比分析。分析结果表明，在波浪和地震共同作用下，前排桩所受弯矩最大，同时，桩顶的受力最危险；桩顶轴力分布表现出角桩最大、中间桩最小的分布特征。当波浪力和地震力方向一致时，桩顶位移增大，桩身弯矩和桩顶剪力也随之增加；反之，当波浪力和地震力方向相反时，则桩顶位移减小，桩身弯矩和桩顶剪力也随之减小。
通过波浪与海上建筑物相互作用的四个在工程实例方面的主要应用，介绍了近几年来波浪与海上建筑物相互作用这一学科的发展状况和当前所面对的主要问题。随着经济的快速发展的需要，这方面的问题也亟待解决，前辈们对我们这新一代研究人员给予深切期望，我们更应该努力探索，争取在这一问题上有所突破。
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