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基于改进遗传算法的混凝土面板堆石坝优化设计研究

作　者: 田艳
导　师: 王瑞骏
学　校: 西安理工大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 混凝土面板堆石坝 遗传算法 复形法 优化设计
分类号: TV642
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 120次
引　用: 2次
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内容摘要


混凝土面板堆石坝是水工结构中的重要坝型之一,作为当地材料坝因其具有众多优点而受到广泛关注,特别在近三十年来发展较快、应用较广,并逐渐成为有较强竞争力和发展前景的坝型。面板坝设计经过近几十年的发展已经取得较多的成功经验,但如何提高设计效率和设计质量、更好地挖掘潜力、节省坝料,目前研究的还很少,且优化方法以数学规划法和准则法为主,存在很大的局限性,且收敛慢,效率低。本文正是在这种背景下选题,进行了面板堆石坝优化设计的深入研究。提出了对该坝型具有重要理论意义和参考应用价值的优化设计方法。本文叙述了混凝土面板堆石坝在优化设计方面的发展过程及研究现状;阐述了面板堆石坝的结构计算方法及遗传算法的优化设计原理。通过分析面板坝的结构特点和受力特点,研究建立了以大坝造价为目标函数,以坝坡坡角,坝料分界线与水平方向的夹角等为设计变量,以大坝稳定、应力、位移、应力水平等为主要性态约束的优化设计数学模型。根据面板坝的优化设计特点,通过对比分析各优化方法的优缺点,提出基于遗传算法的面板坝体形优化设计方法。考虑到基本遗传算法易早熟收敛、局部寻优能力差等缺点,结合自适应算法原理对其进行了适当改进,最后选用改进遗传算法作为本文的优化设计方法。并在此基础上,运用FORTRAN语言编制了相应的优化计算程序。结合积石峡面板堆石坝工程对上述优化程序进行了验证,并将改进遗传算法、复形法及初始设计方案的计算结果进行了对比分析,结果表明:改进的遗传算法能够解决非线性程度高、约束条件隐性的复杂优化设计的全局最优解问题,且比复形法耗时少、效率高;优化后的坝坡变陡,下游堆石料区域增大,坝体造价节省了4.8%;坝体的稳定、应力变形均符合面板堆石坝稳定、应力变形的一般规律,且最大值均能满足要求,说明改进遗传算法用于面板坝的优化设计是可行的,并且优化结果是安全可靠和经济合理的。本文重点研究建立了面板堆石坝优化设计数学模型,提出了基于改进遗传算法面板坝优化设计方法,丰富了面板堆石坝优化设计的内容,具有重要的理论价值和参考应用价值;同时,编制了基于改进遗传算法的面板堆石坝优化设计程序,为面板坝设计提供了一种经济、安全、快速的计算程序。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 混凝土面板堆石坝的发展现状及发展趋势  9-10
  1.2 混凝土面板堆石坝的研究现状  10-12
  1.3 混凝土面板堆石坝优化设计综述  12
  1.4 本文研究的背景及意义  12-14
  1.5 本文的主要内容  14-15
2 混凝土面板堆石坝优化设计的数学模型  15-30
  2.1 结构优化设计模型的一般描述  15-16
  2.2 最优化问题分类  16-17
  2.3 混凝土面板堆石坝优化设计的数学模型  17-29
    2.3.1 设计变量  17-19
    2.3.2 目标函数  19
    2.3.3 约束条件  19-20
    2.3.4 结构分析  20-29
  2.4 本章小节  29-30
3 混凝土面板堆石坝优化设计的方法研究  30-44
  3.1 结构优化设计一般综述  30-31
    3.1.1 结构优化的数学模型  30
    3.1.2 优化设计的传统方法  30-31
  3.2 优化设计的新思路  31-32
  3.3 混凝土面板堆石坝优化方法的选取  32-43
    3.3.1 复形法  32-35
    3.3.2 基本遗传算法  35-40
    3.3.3 改进遗传算法  40-42
    3.3.4 算例  42-43
  3.4 小结  43-44
4 混凝土面板堆石坝优化设计的程序结构  44-50
  4.1 程序编制原则  44
  4.2 程序结构的总体设计  44
  4.3 程序各部分功能设计  44-49
    4.3.1 原始数据输入模块  44-45
    4.3.2 优化设计计算模块  45-49
    4.3.3 结果输出模块  49
  4.4 小结  49-50
5 工程应用  50-62
  5.1 工程概况  50
  5.2 计算工况及计算参数  50-51
    5.2.1 计算工况  50-51
    5.2.2 计算参数  51
  5.3 优化设计数学模型  51-54
    5.3.1 设计变量  51-52
    5.3.2 目标函数  52
    5.3.3 约束条件  52-54
  5.4 优化结果分析  54-61
    5.4.1 优化方案分析  54-55
    5.4.2 坝坡稳定分析  55
    5.4.3 坝体应力变形分析  55-61
  5.5 小结  61-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 结论  62-63
  6.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利枢纽、水工建筑物 > 挡水坝 > 混凝土坝
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