摘要：為提高寒區(qū)大型梯形渠道結(jié)構(gòu)輸水及抗凍脹破壞能力,采用分層序列法構(gòu)建渠道斷面水力與抗凍脹雙目標優(yōu)化方法。為準確反映溫、水、土等外環(huán)境與襯砌結(jié)構(gòu)耦合作用所導致的渠道凍脹變形過程,基于凍土水-熱-力耦合凍脹理論建立了襯砌渠道凍脹分析模型。以水力最優(yōu)為第1層次優(yōu)化,以所得形體幾何參數(shù)作為抗凍脹優(yōu)化的解集空間;在第2層次的抗凍脹優(yōu)化過程中提出了襯砌結(jié)構(gòu)整體剛度指標,并以整體剛度指標最小作為優(yōu)化目標,以襯砌允許最大法向位移和拉應(yīng)力作為約束條件;通過COMSOL軟件二次開發(fā)對凍脹模型控制方程進行有限元求解。工程算例表明:優(yōu)化結(jié)果體現(xiàn)了對渠道行水和襯砌抗凍脹的改進;與原設(shè)計相比,優(yōu)化后渠道結(jié)構(gòu)整體剛度系數(shù)減小30%~48%,提高了對凍脹變形的適應(yīng)能力。該方法可為類似工程設(shè)計提供參考。