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SoilWorks 기술
[SoilWorks] 14.수위변화및 강우강도는 어떻게 고려하나요

지하수가 스며들 수 있는 투수성의 지반영역(aquifer)이 존재하고 영역의 경계에 수두차(head difference) 또는 유량(flux)이 존재하면 지하수의 침투 현상이 발생합니다. 이러한 침투현상을 선형과 비선형으로 구분할 수 있는데 불포화토 특성을 고려하고 시간에 따라 변하는 경계조건을 설정하는 비선형 침투의 경우 지반의 투수조건과 수두차 또는 유량이외 추가적인 옵션이 설정되어야 자연에서 발생하는 침투현상을 보다 적절히 모사할 수 있습니다. 


  질문  

1. 강우해석을 위한 유량-수두 변환경계 (면유량 > 투수계수이면, 전수두 = 위치수두)


  답변  

침투 해석시 지표면에 강우강도를 입력하는 경우 지표면의 경계조건에 면유량을 사용하여 정의할 수 있습니다. 이러한 지표면 경계조건은 지표면에 강우강도만큼의 유입량을 강제적으로 주는 것으로써, 만약 토층의 지표면에서 강우를 흡수할 수 있는 능력이 강우강도보다 큰 경우는 토층이 모두 흡수하며 토층에서 강우를 흡수할 수 있는 능력이 강우강도보다 작은 경우는 강우량 중 토층이 흡수할 수 있는 능력값 만큼만 지표면을 통해 흡수되고, 나머지 강우량은 지표면을 따라 흐르게 됩니다. 이렇게 강우강도가 지표면이 강우를 흡수할 수 있는 능력값보다 큰 경우, 지표면의 경계는 강우가 발생하는 동안 포화된 상태로 수위가 있는 것과 같은 현상을 보이게 되며, 따라서 강우강도가 입력되는 영역은 수위선으로 변경해 주어야 합니다.

SoilWorks에서는 아래 그림과 같이 “면유량 > 투수계수이면, 전수두 = 위치수두”라는 선택 옵션을 사용하여 면에 작용하는 강우강도 q값이 지표면이 흡수할 수 있는 유입능력  (입력된 초기투수계수) 보다 큰 경우에만 지표면의 경계를 기존의 강우강도 유입조건에서 자동으로 수위조건으로 변경해주는 기능이 있어 강우해석 시 보다 편리한 모델링을 수행할 수 있습니다.




단, 면유량의 경우 지표면에 아스팔트, 콘크리트와 같이 불투수층의 포장재가 도포되어 있는경우 사용할 수 없습니다.



  질문  

2. 수위변화 해석을 위한 수두 – 유량 변환경계 (전수두 < 위치수두 이면, 유량 =0)


  답변  

침투해석에서 수위 급강하와 같이 수위가 시간에 따라 변하는 경우 흡입압이 발생하여 침투흐름이 역행하는 경우가 발생합니다. 특히 제방, 댐과 같이 수위가 하강하는 것을 실제와 같이 모사하기 위해서는 경계조건에 수위가 하강하여 음의 간극수압이 발생할 경우 흡입압에 의한 침투흐름을 막기위해 음의 간극수압을 소산시켜 주어야 합니다. 이 옵션은 우리나라와 같이 계절에 따라 강우차가 발생하여, 수위가 주기적으로 변화하는 곳에 적용하기 편리한 옵션입니다. 따라서 시간의 변화에 따른 함수와 동시에 적용이 가능합니다.





  질문  

3. 최대음의 간극수압에 대한 제한


  답변  

모델영역에 설정된 지하수위 위치에 따라 수위 상향으로는 음의 간극수압이 발생합니다. 초기 지하수위 위치에 따라 모델전체에 음의 간극수압 크기가 결정되기 때문에 현장에서 계측된 결과보다 큰 음의 간극수압이 발생할 수 있습니다. 간극수압 크기에 따른 달라지는 투수계수와 함수비를 적용하는 비선형 침투 해석시 음의 간극수압 크기는 결과 전체에 큰 영향을 미칩니다. 이부분을 현장과 유사하게 모사할 수 있도록 음의 간극수압 제한 옵션을 통해 모델영역내 초기 지하수위 위치와 무관하게 설정된 최대 음의 간극수압 이상은 모두 동일한 음의 간극수압 분포를 갖도록 설정 할 수 있습니다.