近年来,随着全球气候变暖、海平面上升,极端波浪的发生变得越发频繁。极端波浪具有持续时间短、波高大、冲击力强等特性,对海洋工程建筑物和海上人员的生命安全具有严重威胁。因此研究极端波浪的生成机理及其传播演化规律,逐渐成为海洋工程领域的一个前沿研究方向。然而,无论是对极端波浪本身的研究还是评估极端波浪对海洋工程建筑物的波浪荷载,首先要解决的问题就是如何生成极端波浪。色散聚焦方法由于操作简便、原理清晰、生成极端波浪高效且能保留波群中的随机特性,是目前研究者们广泛采用的一类极端波浪生成方法。根据Chaplin（Int.J.Offshore Polar Eng.,1996,6（02）:131-137）的分类,色散聚焦方法可进一步细分为:相速度法、群速度法和时间反转法。但是以往绝大多数关于聚焦波的研究都是集中在相速度法上,对于后两种方法及其它可能方法的研究十分匮乏。本论文在相速度法的基础上,通过瞬态波基本解和线性叠加原理,推导了将瞬态波中稳态成分聚集的时域聚焦波理论模型（FWSS）,揭示了基于相速度法的聚焦波传播过程中各波浪频率成分的演化规律,解决了相速度法聚焦波聚焦时刻参数设置不合理导致聚焦波形不对称的问题。进一步地,通过在传统相速度法聚焦波生成方法中添加斜坡函数,得到了考虑斜坡函数影响的时域聚焦波理论模型（FWSS-RF）,该模型在理论上证实了在传统相速度法中施加合理的斜坡函数对起始小幅高频造波信号进行平滑处理不会对后续聚焦波形的形成产生大的影响。基于瞬态波基本解包络线峰值的演化规律,提出了一种新的聚焦波生成方法—最大波速度法,推导了基于最大波速度法的时域聚焦波理论模型（FWWF）,并在物理水槽和数值水槽中成功实现了该类型聚焦波浪的生成。解决了将聚焦波频带范围内各频率成分瞬态波中最大波聚集的难题。相比于传统的相速度法,最大波速度法具有所需的聚焦时刻更短、形成的聚焦波幅更大、产生的波浪反射更小的优势。在开源代码Basilisk两相流共性求解器的基础上,建立了具备造波和消波功能的数值波浪水槽。通过与理论解和实验解的对比,验证了数值波浪水槽模拟强非线性波前聚焦传播演化的准确性。基于波前聚焦波波面变化的时空信息,得到了不同非线性情形下波前聚焦波传播演化的波数频率联合谱,进而发现了波前聚焦波传播过程中f1,2+频带（介于入射波频带和二阶和频区域之间）范围内的能量增长现象。首次引入无量纲物理量（35）G量化了f1,2+频带范围内的波浪能量,揭示了（35）G随BFI（Benjamin–Feir Index）值的变化规律,发现非破碎工况下（35）G随BFI值的增加而增大,破碎工况下（35）G值不再随BFI值增加而变化,稳定于12.5%左右。精准模拟了波前聚焦波破碎的完整演化过程,验证了Barthelemy等（J.Fluid Mech.,2018,841:463-488）提出的临界波浪破碎指标Bx,也可用于区分波前聚焦波的破碎工况与非破碎工况。基于镜像方法提出了波前聚焦波与直墙作用的时域理论模型,借助该模型可快速获得波前聚焦波与直墙作用的瞬态波面演化特征,也可为数值模拟结果的验证提供准确的时域理论结果。通过两相流数值模拟,发现64.3%的工况波前聚焦波与直墙作用的波浪爬高会大于3倍的理论聚焦波幅,因此在实际工程中应考虑极端波浪爬高的影响。进一步地,通过将波浪爬高分解为线性部分（无直墙情形下该位置最大波高的2倍）与非线性部分,探明了其中的非线性波浪爬高占比,发现在非破碎工况下,最大非线性波浪爬高占比可达27.42%,在破碎工况下,最大非线性波浪爬高占比可达35.28%。揭示了波前聚焦波与直墙作用的动压力变化和流体速度剖面变化。