초록
약액 그라우팅은 지반의 강도 증진 및 차수 공법에 성공적으로 이용되어 왔으나, 그라우트의 유동은 지층의 투구계수 이방성에 크게 영향을 받는다. 따라서, 본 연구에서는 전산 유체 역학법을 이용하여 투수계수의 이방성이 수평 약액 그라우팅의 유효 반경에 미치는 영향을 알아보았다. 먼저 수평 방향 약액 주입 시뮬레이션을 위하여 공극 매질내 2상 점성 유체의 유동을 모델링하였고, 경화에 따른 확산과 점성 변화 또한 고려했다. 수치해석 결과, 투수계수의 이방성으로 인해 그라우트 구근의 형태가 타원체로 발달했고, 용해에 따른 확산 때문에 그라우트 구근의 모서리로 갈수록 공극내 그라우트 포화도가 점진적으로 감소했다. 이 결과를 바탕으로 10, 50, 90의 임계포화도를 설정하여 그에 따른 수평 방향 및 수직 방향 유효 반경을 산출하였다. 또한, 0.01 - 100의 수평·수직 방향 투수계수비에 따른 유효 반경을 산출하여 회귀식을 개발했다. 본 연구 결과는 투수계수 이방성을 가진 지층의 특성을 이용한 보다 효율적인 약액 그라우트 주입 전략 계획에 기여할 것으로 기대한다.
Permeation grouting effectively enhances soil strength and decreases permeability of soil; however, the flow of grout is heavily affected by anisotropy of hydraulic conductivity in layers. Therefore, this study investigates the effect of permeability anisotropy on the effective radius of horizontal permeation grout using computational fluid dynamics (CFD). We modeled the horizontal permeation grout flow as a two-phase viscous fluid flow in porous media, and the model incorporated the chemical diffusion and the viscosity variation due to hardening. The numerical simulation reveals that the permeability anisotropy shapes the grout bulb to be elliptic and the dissolution-driven diffusion causes a gradual change in grout pore saturation at the edge of the grout bulb. For the grout pore saturations of 10%, 50% and 90%, the horizontal and vertical radii of grout bulb are estimated when the horizontal-to-vertical permeability ratio varies from 0.01 to 100, and the predictive model equations are suggested. This result contributes to more efficient design of injection strategy in formation layers with permeability anisotropy.
