초록
본 논문에서는 절리암반에서 발생하는 지하수 유동과 굴착된 지하공동으로의 지하수 유입량을 해석하는 대표체적법, 비대표체적법 및 절리망 해석법을 소개하고 절리의 수와 공동의 직경을 변화시키면서 각 해석법의 특징과 결과를 비교하였다. 선처리 과정으로서 다수의 절리가 서로 교차하는 절리암반의 등가 수리전도계수를 산정하는 이론과 계산 과정(일명, 순차적 해석)이 소개되었다. 유한요소망과 절리도 및 순차적 해석을 이용하여 445개 요소 각각의 등가 수리전도계수를 계산하였으며 절리암반의 비균질 수리전도성과 대표물성 결정에 관해 논의하였다. 대표체적법에서는 대표물성을 통해 절리암반의 균질화가 이루어졌으며 따라서 절리밀도, 공동의 직경 및 수리전도대비의 증가에 따른 지하수 유입량의 증가도 규칙적이며 일관성 있는 경향을 보였다. 비대표체적법에서는 암반의 비균질성이 요소 단위로 해석에 반영됨으로써 유입량의 변화 양상은 불규칙하였으나 특성 치수가 증가함에 따라 대표체적법의 결과에 접근하는 경향을 보였다. 절리망 해석은 절리밀도, 공동크기 및 절리망과 공동의 교차 여부 등에 가장 민감하게 반응하였으나 해석결과의 신뢰도가 개별 절리에 관한 자료에 너무 의존하게 되는 단점이 있다. 제한된 범위에서 수집될 수밖에 없는 현장 절리자료의 불확실성을 감안할 때 대표체적법과 비대표체적법이 실질적으로 더 합리적인 해석방법으로 인식되었다.
The three methods of analysis (i) REV(representative elemental volume), (ii) non-REV and (iii) joint network analysis are introduced in this paper to analyze the groundwater flow in jointed rock mass and the inflow into underground excavations. The results from those methods are compared one another to reveal their characteristics by varying the number of joints and the diameter of the opening. The pre-processor, the so-called sequential analysis, is introduced to predict the equivalent hydraulic conductivity of a jointed rock mass having a number of intersecting joints. Using the finite element mesh, joint map and sequential analysis, the equivalent hydraulic conductivities are calculated for all 445 elements. The hydraulic inhomogeneity and the determination of the representative properties of jointed rock masses are discussed. In the REV analysis where the entire rock mass is homogenized through the representative properties, the inflow is increased regularly and consistently by increasing the joint density, the opening size and the conductivity contrast value. Though the non-REV analysis showed irregular variation of the inflow due to the local inhomogeneity allowed to individual elements, the inflow approached the REV results as the characteristic length increases. The joint network analysis showed the most sensitive reaction to the joint density, the opening size and the presence of the network crossing the opening. The reliability of the network analysis depends on the geometric data of individual joints. In view of the limited field data on joint geometry and possible uncertainty the REV and non-REV methods are considered more practical and rational than the joint network analysis.