某竖井设计分析
案例说明
目前国内竖井支护设计的一般步骤是：第一步根据圆柱形挡土墙原理或平面挡土墙原理论确定竖井井壁侧压力，第二步按照能量理论和拉麦公式确定井壁支护材料和支护混凝土的厚度。
本文采用GEO5竖井设计模块，对某竖井工程所受荷载及结构内力进行计算分析。
工程概况
本竖井工程设计深度为20.0m，设计半径为5.0m，采用的支护方式为板桩支护。腰梁安装位置分别为距井口5.0m、10.0m及15.0m处。竖井周边分布有两个矩形超载，矩形边长分别为(2, 2)、(5, 3)，超载大小分别为100kPa和
150kPa，超载中心相对竖井中心的坐标分布为(-5, -5)、(8, 8)。
场地地下水埋深为8.0m，地层分布及土层物理性质如表1所示。
表1 土层参数表
验算操作流程
尺寸
在【尺寸】设置界面中定义竖井类型、直径、深度和腰梁位置。竖井类型选择为“半刚性”，竖井直径设置为5.0m，竖井深度设置为15.0m，点击“添加”按钮，分布在5.0m、10.0m和20.0m处添加腰梁。
图1 竖井尺寸设置
剖面土层
在【剖面土层】设置界面中添加三条地层线，各地层线的Z坐标分别为3.0m、8.0m和14.0m，这样便定义了四个土层。
图2 添加地层线
岩土材料
在【岩土材料】设置界面中添加岩土材料，点击按钮，在弹出的设置窗口中参照表1进行参数设置。采用同样的方法添加完所有的土层材料。
图3 添加岩土材料
指定材料
在【指定材料】设置界面中将刚刚添加的岩土材料指定给对应的土层。选择岩土材料图例，然后在显示窗口中点击要指定的土层。也可以在地层列表中通过下拉菜单选择与土层对应的岩土材料。
图4 指定岩土材料
地下水
在【地下水】设置界面中添加地下水位。勾选“地下水”复选框，“地下水位”输入8.0m。
图5 添加地下水位
超载
在【超载】设置界面中添加地面超载。点击添加按钮，在弹出的设置窗口中选择超载类型为“局部超载”，作用类型为“永久作用”，超载大小为100kPa，中心x s、y s均为-5.0m，超载x、y均为2.0m，转角为30度。
图6 添加地面超载1
用同样的方法参照图7的参数设置添加地面超载2。
图7添加地面超载2
工况阶段设置
在【工况阶段设置】界面中选择设计状况为“持久设计状况”。
图8工况阶段设置
验算结果分析
荷载分析
在【荷载分析】界面中查看荷载计算结果。在作用力表格中给出了所有作用力的分力大小和作用点位置。在“设置”面板中可以选择腰梁上环向均布土压力的调整方式，折线系数一般建议设置为25%。在“显示”面板中可以选择土压力
的查看区间和需要查看的腰梁。
图10 地表沉降槽
截面强度验算
在【截面强度验算】界面中可以查看井壁弯矩、剪力以及腰梁内力分布。在分析位置中选择“竖向”即可在视图窗口中查看井壁弯矩与剪力分布。在区间中可以选择需要查看的区间。
图11 井壁弯矩与剪力分布
点击添加按钮，增加一个强度验算窗口，在分析位置中选择腰梁，即可在视图窗口中查看指定腰梁的内力分布。这里选择“腰梁z=5.0m”，水平反力系数设置为15.0MN/m3。在“显示”面板中勾选需要查看的分析结果，包括荷载、弯矩、轴力和剪力。
图12 腰梁内力分布
至此，竖井荷载及结构内力的计算分析就全部完成了。
