上部结构位于浪溅区的海洋结构物,如海洋平台、海上栈桥、开敞式码头以及海上高速公路桥等建筑物的安全性与经济性时常面临着波浪冲击的威胁。强大的波浪冲击会造成结构物的局部损坏或整体坍塌,影响海洋结构物的正常运营。近年来,对波浪冲击结构物过程的流场变化和力学特性的研究在海岸和近海工程领域越来越受到重视。波浪与结构物作用涉及复杂的气体-液体-固体相互作用,系统性的研究空气相在冲击过程中对结构物影响的试验还较少,不利于完整的揭示冲击作用机理。因此,本文应用物理模型试验和数值模型计算相结合的手段,研究波浪冲击过程中,液体与结构物底板之间形成的空气垫层的作用,以便对波浪冲击问题机理有更深层的了解。本文的主要工作如下:（1）进行物理模型试验设计,完成基础数据处理。针对实验中对压力和图像采集的同步需求,基于UDP协议（用户数据报协议）,实现了满足试验需求、具有较高同步精度和数据采集自动化的控制软件;针对图像数字化精度需求,通过对采集图像进行畸变矫正、图像重新投影以及图像拼接等操作,实现了拍摄区域图像的较高精度数字化;针对实验数据量大、数据多样的特点,设计并实现了实验数据的管理、同步分析与处理的管理软件。（2）利用试验图像中提取的空气垫层数据,统计分析了本次试验范围内空气垫层的生成规律,分析了空气垫层对水平板所受波浪力的影响。结果显示对于本文研究的宽水平板（0.5≤ B/L≤2）的260组实验工况,在最大总上托力时刻和最大局部冲击压强时刻,存在空气垫层的工况占90%以上。多个波浪作用周期间,水平板底部空气垫层的变化规律大致可分为在不同作用周期间基本不变、在不同作用周期间交替变化、在不同作用周期间没有明显规律三种类型。对一个典型波浪作用过程的图像——压力同步分析,表明最大总上托力时刻空气垫层部分的压强与水体作用的压强具有相同的量级,不能忽略空气垫层的影响。对不同变化规律时水平板测点压强的小波分析显示,小波能量从主要集中在激励频率附近,空气垫层呈现交替变化规律时,中后部测点小波能谱图在0.5倍频处能量明显,说明空气垫层主要影响中后部的冲击压强。对不同空气垫层变化规律时的总上托力进行小波分析发现总上托力小波能谱也在激励频率处能量显著,空气垫层呈交替变化时,总上托力小波能谱图在0.5倍频处能量显著。基于260组工况提取的1560组最大上托力时刻试验数据,空气相在总上托力中的占比最大值可达96%,平均值约为60%,空气占比的最大值一般发生在L/B = 1～1.2,△C/H=0.1～0.2附近。（3）基于规则波冲击二维水平板试验的压力数据,分析了波浪冲击压力峰值的概率分布形式,讨论了入射波波况、水平板位置等参数对波浪冲击压力超值概率分布曲线特征参数的影响;详细分析了水平板相对净空以及入射波浪要素对最大局部冲击压强和总上托力的影响,在此基础上拟合得出具有一定精度的经验公式。分析显示,测点压强和局部冲击压强峰值均符合三参数威布尔分布。威布尔分布的参数受到入射波条件的影响,通常在水平板的前端和尾端位置参数较小、尺度参数较大、形状参数较小,说明通常水平板的前端和尾端随机性更强。最大局部冲击压强一般随波高的增大而增大,随相对波长的增大而增大,随波陡的增大而减小,随净空的变化较复杂。总上托力一般随波高的增大而增大,随相对波长的增大而增大,随波陡的增大而减小,随相对净空的增大先稍微增大再减小。（4）基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法,提出了域粒子着色技术（Color Domain Particle,CDP）,解决了薄壁结构浸润时流体与结构物作用的边界问题,弥补了传统固定镜像粒子法处理浸润薄壁结构的不足,引入双相流模型,建立了波浪冲击的双相流数值模型。利用双相流溃坝问题验证了双相流模型能够避免非物理冲击的优势;通过对静水和动水中的薄壁边界问题的处理,详细说明了域粒子着色技术的基本思想和实施方式,验证了该技术在处理零厚度薄板边界问题的通用性和适用性。（5）采用双相流CDP-SPH模型,对本实验的典型工况进行了数值模拟,结果显示总体上数值计算结果与实验值吻合良好,验证了该模型在处理平板冲击问题的适用性。将该模型应用于波浪对带裙板水平板的冲击问题研究,通过一系列的数值算例详细分析了裙板高度对水平板底面压强分布、最大压强以及总上托力的影响。结果显示,在低净空（ΔC/h=0）时,裙板越高水平板底面的最大局部冲击压强越小,总上托力越小。有裙板时空气的参与虽然会在一定程度上缓冲波浪对平板的直接冲击,却不一定会降低总的上托力,甚至有时会导致其增大。