拓扑优化方法在面板堆石坝分区设计中的应用

• 作者: 史姣 王正中 蔡坤 高照良
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 坝 拓扑 断裂 面板堆石坝 坝料分区
• 年，卷（期）: 2013,（16）
• 页码范围: 112-118
• 页数: 7页
• 分类号: TV6
• 字数: 4953字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.16.014

摘要

面板堆石坝因其经济、可靠、广泛适应性和环保等显著优点受到坝工界的欢迎，但面板坝尤其是高面板坝普遍存在面板断裂问题。故因面板断裂而造成的面板坝事故实例很多。面板断裂的主要原因之一是坝体内坝料分布不合理使得坝体与面板在自重与水压力作用下变形差异较大，因此，坝料在坝体内部的布局亦即坝料分区设计极为重要。该文以天生桥一级混凝土面板堆石坝为例，以坝体刚度最大为目标，根据坝料切线模量的差异，将坝料分为多种材料，建立材料集合，采用连续体拓扑优化方法优化出高面板坝坝料的布局方案，从而克服以往完全依赖经验给出的分区设计缺陷。另外，在优化分析中，以单元的材料号作为设计变量，同时基于准则法给出了设计变量的更新方案，即应变能密度大的单元须具有高模量材料。规避了传统梯度法或遗传算法无法解决离散设计变量数目庞大的困难。为确保算法稳定，本方法迭代过程中每次仅更新不超过5%的总单元数的材料号。结果表明，优化后的材料布局与传统分区存在明显差异：高模量材料分布在上游下侧、各种材料分布随模量依次自上游向下游变化、材料边界坡比均不低于1：0.8。与原设计相比，优化后的面板在水压力作用下变形小，分布均匀，有利于阻止面板发生断裂。从而证明该方法可为此类工程实践提供具有理论基础的参考设计。

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	王正中	西北农林科技大学水利与建筑工程学院	117	1335	20.0	32.0
2	史姣	西北农林科技大学水利与建筑工程学院	14	23	3.0	4.0
3	蔡坤	西北农林科技大学水利与建筑工程学院	10	21	2.0	4.0