泥沙起动是泥沙运动理论中最基本的问题之一,也是研究泥沙输运及局部冲刷时必需解决的问题。长期以来,人们在泥沙起动方面做了大量研究,但这些工作主要是针对槽道流动进行的。本文以后台阶下游床面泥沙起动问题为对象,研究了复杂流动下泥沙的起动机理。进行了低湍流水洞物理模型试验,研究了三种不同工况下的瞬态流场结构。根据PIV的测量结果给出了后台阶下游流场演化过程,通过对试验数据的统计平均分析,得到了再附点的位置、平均速度场及均方根速度场。采用大涡模拟数值方法对后台阶流的瞬时流场进行数值模拟研究。数值模拟和实验结果符合较好。实验和计算结果表明,在再附点附近平均流速虽然很低,但是脉动速度比较大。在回流区,随着距台阶距离的增大,压强梯度将增大。再附点处压强梯度达到最大值,然后迅速减小,在再附点下游变化不大。为定量研究泥沙起动问题,本文提出一种泥沙起动概率的图像测量方法,分别测量槽道流动和后台阶流动下泥沙的起动概率。由槽道流动的测量结果可知摩阻流速越大,泥沙起动概率越大,摩阻流速的大小是诱发泥沙起动的最主要的因素。而在后台阶流动中,泥沙起动概率最大的位置在平均摩阻流速为0的再附点处,这是由于再附区复杂的流动所引起,为了证实这一点,本文观测记录了不同工况条件下后台阶下游泥沙床面冲刷演化过程,得到冲刷最厉害的位置和泥沙起动概率最大的位置是一致的,都处于再附点附近。研究了复杂流动下,渗流对泥沙起动的影响。发现有渗流作用比无渗流条件下的泥沙起动概率要高出50%。