多目标约束下的土石坝抗液化措施数值建模与优化分析方法

摘要

土石坝坝基地震液化问题严重威胁工程安全.现阶段的液化研究主要集中于液化机理分析,而在抗液化措施的设计优化方面,现有土石坝工程主要依靠以往的工程经验来处理坝址的液化土层.本文构建了以土石坝坝体坡面水平位移梯度、坝顶震陷和抗液化措施成本最小化为优化目标的数学模型,提出了以静动力抗滑稳定安全系数、地基最大液化范围、液化深度、典型点地震过程中平均液化度和震后永久水平位移为约束条件的土石坝压重平台和坝基置换参数优化设计方法;采用完全非线性动力算法和多目标遗传算法,通过VC++集成FLAC3D进行开发,实现了综合考虑土石坝抗液化措施的安全性能与经济效益的多目标优化设计.该方法应用于工程实例中,采用存档微遗传算法对压重平台及地基开挖置换的9个控制性设计参数进行优化.结果表明,优化后的方案相较初始方案使上下游坝体坡面水平位移梯度指标降低了16.59％和24.33％,坝顶震陷减少了21.03％,工程造价节约了18.53％.所提出的模型与方法为改善土石坝坝基液化问题提供了新的思路.