近年来,我国拟建和在建的一批具有世界级水平的300m量级高坝,消能问题十分突出。因此,水垫塘作为下游河床的防护结构,其自身在高速水流冲击下的安全性是实现消能和防冲目的的关键所在。水垫塘防护结构的稳定性是实际工程所面临的亟待解决的课题,也是国内外学者长期研究的课题之一。目前,水垫塘底板的形式有两种,一种是复式梯形断面底板(简称平底板);另一种是复式反拱形断面底板(简称反拱底板)。本文以鱼塘、五强溪水垫塘为背景,通过数值分析方法研究了平底板的上浮、倾覆破坏以及新的破坏形式---板块断裂。以拉西瓦拱坝坝后新体型的反拱水垫塘为背景,通过数值分析方法研究了反拱底板的整体稳定性、局部稳定性以及泄洪期间的动力响应等。主要成果有:(1)对混凝土材料模型进行改进,采用ADINA中的CONCRETE材料,结合各种破坏准则,自定义混凝土破坏曲线,从而计算出平底板的断裂过程。(2)对各条件下平底板的破坏模式分析。得出钢筋锚固量一定时,平底板断裂、倾覆或上浮破坏趋势的板厚界线,以及各边界条件下,底板失稳时板厚--荷载关系。板厚一定时,计算出平底板断裂、倾覆或上浮破坏趋势的钢筋锚固量界线,以及各边界条件下,底板失稳时钢筋锚固量--荷载大小关系。(3)水垫塘反拱底板的整体稳定性就是整个拱圈的稳定性,主要取决于拱座。而拱座的稳定性由拱端推力水平控制,本文在以往研究的基础上,进一步研究拱端推力的影响因素,比如板块的形式。通过数值模拟边缘板块、内部板块失稳形态以及失稳条件(荷载、板块形式),分析出板块有键槽水垫塘反拱底板的稳定性更好。(4)依据模型实测上举力结果,对反拱底板的动力响应进行了研究计算,计算结果与模型实测结果吻合良好;并分析出板厚、板块形式、板块大小对动力响应分析条件下的拱端推力、板块拱座位移的影响。