洪水作用下的基础过度冲刷是桥梁水毁的主要原因。天然河流中发生的洪水均为非恒定水流,在非恒定水流作用下,桥梁基础局部冲刷发展速度随水流强弱而变化,甚至在落水阶段出现冲刷回於现象。但现有的桥梁基础冲刷设计理论与管养方法均是基于恒定水流作用下的局部冲刷研究成果建立的。本文对非恒定水流作用下的桥墩局部冲刷过程开展研究,在总结已有冲刷监测技术的基础上开展基于超声波技术的局部冲刷监测系统研发,在明渠玻璃水槽中开展恒定及非恒定水流作用下桥墩局部冲刷试验,采用量纲分析法开展局部冲刷过程理论分析,取得的主要结果和结论为:采用直径8mm的超声波换能器,基于对超声波回波信号的深入分析,研发了一种可用于模型试验的小型桥墩冲刷深度监测系统,该系统可以避免对试验水流的强烈干扰,对水流条件适应性好,测量精度可达±2mm,满足开展高精度桥墩局部冲刷深度试验要求。在恒定水流作用下,桥墩局部冲刷深度随时间的变化符合对数律,局部冲刷深度在初期发展迅速,冲刷开始后的前10%时间内,局部冲刷深度即可达到平衡冲刷深度的80%以上;恒定流作用下的局部冲刷试验结果表明,冲刷深度时变过程基本不受相对水深（D/H）和相对泥沙粒径(D/d₅₀)的影响,但相对流速（V_C/V）对冲刷深度发展过程的影响较为显著。对恒定流条件下桥墩局部平衡冲刷深度计算公式和冲刷深度随时间发展模型的试验验证表明,我国65-1修正式、65-2式低估了桥墩局部平衡冲刷深度,而HEC-18式、Melville式和Sheppard/Melville式则高估了桥墩局部平衡冲刷深度;Melville、Chang、Oliveto等局部冲刷深度随时间发展模型均高估了桥墩局部平衡冲刷深度,同时,Melville模型和Oliveto模型高估了初期冲刷发展速度,Chang模型低估了初期发展速度。非恒定水流的主要特征对局部冲刷过程影响显著,其中,当涨水历时和洪峰流量相同时,最终冲刷深度随基准流量的增大而增大;当基准流量和洪峰流量相同时,最终冲刷深度随涨水历时的增大而增大;洪水落水阶段是否对桥墩最大冲刷深度产生影响取决于落水阶段水流做功是否有效。非恒定水流变化特征对局部冲刷深度的影响规律可由水流局部冲刷能量或局部冲刷功合理解释。为了预测非恒定水流作用下的局部冲刷深度发展过程,采用水流有效作用功综合度量任意非恒定水流过程对桥墩周围泥沙的累积冲刷能力。在已有无量纲有效水流作用功模型的基础上,进一步考虑泥沙抗冲能力和桥墩几何特征对局部冲刷过程的影响,基于实测数据对模型关键系数的取值方法进行改进,显著提高有效水流功模型的适用性和准确性。本文研究结果有助于回答桥梁服役过程中桥墩局部冲刷的真实过程,并为实际跨河桥梁的经济建设和安全管养提供理论支撑。