近海工程中,直立圆柱结构的局部冲刷是引起结构破坏的重要因素。因此,为深入研究直立圆柱局部冲刷的破坏机理和特性,本文采用物理模型实验的方法,针对以下两个问题开展了相关研究工作。第一部分研究了单向流作用下单立柱的局部冲刷。实验过程中使用Contact Image Sensor（CIS）传感器监测冲坑深度随时间的变化,采用3D地形扫描仪测量模型附近受冲刷的沙床,得到地形数据。实验完成后处理CIS数据,得到冲坑深度时间历程线,并分析其时间尺度T和冲刷平衡深度S₀。结合模型周围冲坑和下游沙丘的地形特点,研究雷诺数Re对冲坑尺寸、沙丘高度和位置的影响作用。最后,通过对比来分析无量纲化的冲刷平衡深度S₀/D、冲坑半径L₀/D与Re的依赖关系,其中,D为圆柱直径。研究表明,在相同流速条件下,随着Re的增大,时间尺度和冲刷平衡深度逐渐增大,冲坑尺寸变大,沙丘位置逐渐靠向下游,沙丘高度也呈增大的趋势。此外,S₀/D和L₀/D与Re的变化关系符合幂函数关系。第二部分研究了单向流作用下单立柱的冲刷防护。实验采用在立柱周围设置扩大基础的方法达到冲刷防护效果,其原理是:利用扩展基础的上表面削弱圆柱前方的马蹄涡和圆柱两侧流线收缩效应对沙床的淘刷作用,减小局部冲坑的深度和半径,增加直立圆柱基础稳定性。当冲刷达到平衡后,分析3D地形扫描仪采集的地形数据,通过比较增加扩展基础时立柱周围的冲坑深度、冲坑半径、沙丘高度和位置等物理量相对于单个圆柱冲刷时的变化,来分析冲刷防护的作用效果。试验中分别研究了清水冲刷和动床冲刷条件下扩大基础的直径对冲刷防护效果的影响,并提出冲刷防护建议。研究表明,随着扩展基础直径的增大,其对直立圆柱局部冲刷的削弱效果较为明显,当D_l/D≥3.0时,扩展基础能完全抑制马蹄涡的发展使得模型上游附近不产生冲坑,其中D_l为扩展基础直径。文章最后对全文的主要研究成果做出了总结,并为后续的研究工作提供一些可行的建议。