近年来，国内外高坝消力塘底板破坏的实例屡屡发生。本项目以提高消力塘防护结构安全性为目标，开展了高坝消力塘防护结构的失稳机理、破坏模式以及水动力荷载特性等各方面的研究，主要研究内容和结论如下： ①通过对高坝消力塘水动力荷载特性的研究，找出了“冲击压强-脉动压强-上举力”之间的量化关系，从而得到了底流消能和挑跌流消能高坝消力塘平底板抗浮安全系数。 ②研究了板块尺度、涡旋尺度对整体荷载的影响。总体来说，当顺水流方向板块尺度远大于上表面脉动压强空间积分尺度时，单位面积最大上举力随板块面积的增大而降低；超过最大上举力降幅系数的峰值以后，单位面积最大上举力的降幅逐渐减小；在其它条件允许的情况下可以考虑将该系数作为优选合理板块尺度的参考指标。 ③以出穴作为板块的失稳标准，通过三组不同抗力的试验研究了挑跌流水垫塘板块的失稳概率。随机出现的瞬时最大上举不能作为板块稳定性的判别条件；试验范围内，最大上举力大于或等于抗力时板块失稳的概率约为90%，板块失稳时最大上举力约为抗力的1.4倍。 ④研究了跌坎消力池的水动力荷载特性。跌坎消力池前端中线的脉动压强、上举力比传统底流消力池有明显降低，最大脉动压强、最大上举力降幅均可达到50%左右。 ⑤研究了消力池底板止水破坏程度对上举力的影响。通过15组不同止水破坏形式的试验，得出了各种形式止水破坏时的最大上举力与四周止水完全破坏时的最大上举力的量化关系，从而可以预测止水不同破坏程度时可能的最大上举力。 ⑥在上述研究成果的基础上，通过大量国内外破坏工程的调研以及典型破坏工程的反演分析，提炼出以脉动压强和单位水体消能率为主要参数的消力塘底板稳定控制指标；建议消力塘脉动压强均方根控制在50kPa以内、单位水体消能率控制在25kW/m3以内。 2100433B