混凝土面板堆石坝诞生于19世纪中叶,经过一百多年的发展,混凝土面板堆石坝得到了全世界的关注。在我国的水利枢纽的建设中已成为一种重要的坝型。但是,混凝土面板堆石坝的传统设计中,设计效率低,很难得到最优的设计方案。因此,对于混凝土面板堆石坝优化设计的研究十分必要。结构优化设计涉及优化方法和结构分析方法。本文首先介绍了目前常用的结构优化设计方法及其改进,如增广拉格朗日法和改进的遗传算法。其次阐述了有限元方法的理论和应用,为土石材料选择了合适的本构模型。然后建立了混凝土面板堆石坝优化设计的数学模型:以坝体几何控制参数为优化设计变量、坝体体积为优化目标函数、堆石体和面板的应力和变形为约束条件,采用增广拉格朗日乘子法进行了优化计算,得到了最优设计方案。最后用有限元法对优化前、后的混凝土面板堆石坝进行了结构分析,得到了相应的位移和应力。优化计算结果显示,优化方法应用于混凝土面板堆石坝的设计,可以提高设计效率、降低工程造价。有限元分析结果表明,优化后的设计方案和原设计方案一样,能够满足大坝的安全性和适用性。由于优化方案降低了工程的总造价,提高了设计效率,所以将优化方法应用于混凝土面板堆石坝的设计是结构设计的一个发展方向,值得推广应用。