摘要：為提高寒區大型梯形渠道結構輸水及抗凍脹破壞能力,采用分層序列法構建渠道斷面水力與抗凍脹雙目標優化方法。為準確反映溫、水、土等外環境與襯砌結構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。以水力最優為第1層次優化,以所得形體幾何參數作為抗凍脹優化的解集空間;在第2層次的抗凍脹優化過程中提出了襯砌結構整體剛度指標,并以整體剛度指標最小作為優化目標,以襯砌允許最大法向位移和拉應力作為約束條件;通過COMSOL軟件二次開發對凍脹模型控制方程進行有限元求解。工程算例表明:優化結果體現了對渠道行水和襯砌抗凍脹的改進;與原設計相比,優化后渠道結構整體剛度系數減小30%~48%,提高了對凍脹變形的適應能力。該方法可為類似工程設計提供參考。