近年来阶梯溢洪道在消能方面应用比较广泛。在中高水头电站中,阶梯消能结合挑流、底流消能结构能有效减少挑坎出流或者底流入池的水流能量,消能效果比单纯使用挑流、底流消能要好。实际工程中阶梯溢洪道局部区域在水流冲刷和空化气蚀作用下容易破坏,因此研究其破坏机理具有重要的工程意义。目前已有阶梯溢洪道破坏机理研究成果,主要从溢洪道结构优化、混凝土抗磨损能力、水流对阶梯的作用力等方面开展研究。本文针对水流结构对溢洪道的作用,分析流速、水流冲击压强、空化负压等参数的分布规律,研究阶梯型溢洪道的破坏机理及预测方法。本文采用物理模型、数学模拟和现场观测相结合的办法,分析门槛滩阶梯溢洪道的外部水流结构,分析溢洪道沿程的最大流速、最大水流冲击压力、最小空化负压的分布情况,预测可能发生破坏的区域。将门槛滩现场破坏区域与预测结果进行对比,确定造成门槛滩阶梯溢洪道破坏的主要因素及其影响权重,提出按因素权重确定的分级判别方法,从而得出阶梯溢洪道的水流作用破坏机理及预测方法。分析成果应用于八一桥水电站阶梯溢洪道,根据物理模型试验和三维数学模型的计算成果,分析八一桥阶梯溢洪道的最大流速、最大水流冲击压强、最小空化负压力等参数的分布规律,再结合门槛滩电站总结的破坏机理,预测八一桥阶梯溢洪道是否会发生破坏,以及长期运行后容易破坏的高风险区域。该研究成果可以在采用阶梯溢洪道的类似水电站消能结构中应用,为阶梯消能结构的风险分析、设计优化和管理维护提供技术支撑。