对于“窄河谷、巨流量、高拱坝”的泄洪消能形式,水垫塘已经成为坝身泄洪下游近坝体承担消能水流的主要形式。近年来,国内外的许多学者从模型试验和理论分析的角度对水垫塘内水动力荷载和底板的稳定性开展了大量的研究,但是关于反拱型水垫塘整体稳定安全系数的指标研究却涉及很少。反拱型水垫塘是一种新型消能防冲结构,相同泄洪条件下,反拱型水垫塘的稳定性明显优于平底板。本文以金沙江白鹤滩水电站为研究背景,从实际工程出发,通过水弹性模型试验对水垫塘内的水动力荷载进行了研究,并结合有限元数值模拟,分析了水垫塘的稳定性。主要研究成果如下：(1)通过水弹性模型试验,测量水垫塘内平底板在表中孔联合泄洪作用下,不同上下游条件时,冲击射流对底板作用的动水压强和上举力,研究荷载的幅值特性、脉动特性、相关特性,以及动水压强在缝隙内的传播对均方差的影响；(2)通过水弹性模型试验,分析反拱型底板受到的水动力荷载,包括上举力及拱端推力的幅值特性、时均特性、脉动特性、频谱特性等,并在一定范围内推导出最大值与水力条件的关系；(3)深入研究反拱型水垫塘整体稳定性,由刚体极限平衡分析方法,利用抗剪强度公式求出拱座抗滑稳定安全系数,判断白鹤滩反拱型底板在实测最大拱端推力作用下的稳定性；计算不同扬压力作用下拱座抗滑稳定安全系数的大小,确定反拱型水垫塘拱座的抗滑稳定最小安全系数。关于反拱型水垫塘底板的局部稳定性,一方面提出考虑拱座的反拱底板极限抗力情况；另一方面,在确定拱座安全系数的基础上,对拱端施加拱座对其能够产生的最大约束,通过数值模拟计算该约束条件下的板块极限抗力,对反拱底板局部稳定性进行分析；并对比分析不同荷载,不同锚固条件下平底板与反拱底板的局部稳定系数的大小,为工程设计和底板安全监控提供依据。