重力式挡土墙具有结构简单、取材便捷、施工方便、以及经济效果好等优点，因而被广泛应用在土木建筑、水利水电、铁道交通等工程建设中，是我国最常见的一种支挡结构。随着国家基础设施建设的迅速发展，重力式挡土墙的建设更为普遍，挡土墙土压力计算和截面优化设计的研究在保证挡土墙建设的安全性和经济性方面具有重大意义。首先，本文将挡土墙后潜在滑裂面视为一任意曲线，基于摩擦角随位移的变化关系，用薄层单元法对平动模式下墙后填土进行分析，推导出非极限状态下土压力分布、合力大小及作用点的理论公式。以各薄层微元的滑裂面倾角为变量，利用PSO (粒子群算法)对潜在滑裂面进行搜索从而获得土压力的解答。分析了内摩擦角、挡土墙位移量对非极限状态土压力分布、土压力合力大小、土压力合力作用点高度以及潜在滑裂面的影响。然后，利用薄层单元法对挡土墙墙后因存在岩石边坡而形成的有限范围土体进行分析，推导出有限范围土体土压力分布、合力大小及作用点的理论公式，并用MATLAB编制了PSO优化程序对公式进行求解。分析了不同墙踵与坡脚距离b和边坡坡度对土压力合力大小以及作用点位置的影响，同时搜索出了不同几何参数下五种滑裂面形状，并且分析了内摩擦角对计算结果的影响。最后，以重力式挡土墙的截面面积为目标函数，挡土墙的几何参数为设计变量，挡土墙的抗滑移稳定、抗倾覆稳定、基底应力和构造要求为约束条件，建立了重力式挡土墙截面优化数学模型。通过惩罚函数将约束优化问题转变为无约束优化问题，引入人工鱼群算法求解挡土墙截面优化数学模型，编制了MATLAB优化程序，通过在工程实例中应用，验证了其良好的优化效果。