水垫塘是高拱坝采用坝身泄洪消能时,为保护下游河床而采取的有效措施。为了揭示反拱水垫塘底板破坏机理,推广反拱水垫塘消能工的应用,对反拱水垫塘拱圈底板块的振动特性进行了详细地研究。对反拱水垫塘单底板块和多底板块振动特性进行了理论分析,提出了拱圈底板块失稳分为自由振动、锁定、滑动变形及拱圈失稳四个过程,给出了各振动过程的动力学方程以及底板块自由振动的最大理论高度的计算公式。应用重力相似准则,采用加重橡胶材料制作底板块,建立了水垫塘精细模型。首次对反拱水垫塘拱圈弹性单、多底板块的振动特性进行了试验研究,提出了拱圈底板块沿流程的振动分区,给出了各振动区的界限,得到拱圈单、多底板块振动特征值沿流程及沿拱圈的分布规律,底板块振动的时域和频域特性,对不同下游水位的振动特性进行了比较,给出了对拱圈底板块的稳定最不利的条件。通过对研究成果的综合分析,提出了拱圈底板块锚固力失效的“连锁反应”和拱圈底板块缝隙宽度的“累加效应”,揭示了拱圈底板块失稳的机理。