反拱水垫塘是一种新型的消能防冲设施,有许多水力学问题尚待解决。本文结合某高拱坝工程,利用重力相似准则和弹性相似准则,设计并制作了反拱水垫塘的物理模型,对其拱圈的破坏机理和工作机理进行了试验研究。研究分三个部分,一是破坏机理的研究;二是底板块的动水荷载的来源及其相互作用机理的研究;三是拱结构和底板径向锚固力的联合作用机理的研究。第一部分,在拱座稳定的条件下,通过改变拱圈底板块之间的缝隙宽度、底板块间不同的接触形式,得到拱圈底板块的振动规律以及底板块的破坏过程,证实了拱圈底板块的破坏机理在于,底板块间缝隙宽度的增加和缝隙宽度累加的效应;在拱座随机振动的条件下,对拱圈的稳定进行了研究,得到拱座和拱圈底板块的振动规律及其破坏过程,证实了拱座的稳定是拱圈稳定的首要因素。第二部分,设计了一种新型的试验装置,用来模拟底板块间止水的不同破坏程度、缝隙水流和扬压力水平。利用此装置和物理模型,通过试验研究得出了底板块下表面的压强随止水破坏程度和扬压力水平的变化规律,提出了扬压力和缝隙动水压强的相互作用机理。第三部分,通过改变止水破坏程度、锚固力水平和拱端预压水平,得到了底板块上举力、拱端推力和实际锚固力的变化规律;提出了拱端推力和锚固力的联合作用机理。