高水头、大流量作用下的反拱水垫塘是对河床的一种有效防护措施。反拱水垫塘底板是否稳定一直是设计人员关心的问题之一，也成为其广泛应用的瓶颈。本文主要研究了拱圈底板止水破坏，锚固失效后，拱圈底板块轴力的变化规律以及底板块破坏的可能性，这对揭示拱圈底板块破坏机理具有重要的理论意义和实际工程意义。首先应用力学平衡方程，对拱圈底板块锁定状态下的受力进行了分析，导出底板块轴力与上举力、重力之间的关系，得到拱圈底板块轴力的计算公式。根据重力相似准则，设计了反拱水垫塘精细水力学模型和量测拱圈底板块轴力的装置。采用先进的量测系统和传感器，对拱圈底板块轴力进行试验研究，得到了拱圈底板块轴力沿流程和沿横向的变化规律。拱圈底板块轴力在冲击强振区和上下游强振区有不同的特点。冲击强振区，底板块轴力瞬时值变化快、变幅大；在强振区首部和末端，拱圈底板块锁定和解锁交替出现，形成瞬时拱；在上下游强振区中部附近，拱圈底板块完全锁定成局部，或整体拱，拱圈上出现局部拱的底板块数目不确定，一般为2～3个局部拱。拱圈底板块数越多，局部拱数增多，底板块轴力增大并趋于恒定。底板块轴力的传递规律是从位移最大的锁定底板块向两端块进行传递，试验结论证实了对底板块轴力的理论分析。底板块轴力频率谱分析表明，其频率为低频窄带分布，优势频率在0.0～0.2Hz。分析了底板块受压强度与其位移之间的关系，认为拱圈底板块振动时，底板块锚固力失效是由底板块上举力、底板块轴力和摩擦力共同引起。在冲击强振区，底板块瞬时强度可能超过混凝土的抗压强度；在上下游强振区，底板块容易发生强度破坏；当底板块位移达到其厚度的70％以上时，底板块混凝土抗压强度不能满足强度要求。