The Effect of Rock Joints and Ground Water on the Thermal Flow through Rock Mass

Thermal flow through jointed rock mass was analyzed by numerical methods. The effect of a single set of joints on the heat conduction was analyzed by one-dimensional model and compared with the analytical solution. When a joint is completely dry, the joint behaves as a thermal break inducing jumps in temperature distribution even at steady state. Therefore when joints are completely dry, individual joint has to be taken into consideration to get a good result. When joints are partially or fully saturated, the thermal conductivity of the joints increases drastically and the jumps in temperature distribution become less severe. Therefore the effect of joint in heat conduction can be well absorbed by continuum anisotropic model whose thermal properties represent overall thermal properties of the intact part and the discontinuities. Since the effect of joints becomes less important as the degree of the saturation increases, the overall thermal response of the rock mass also becomes close to isotropic. Therefore it can be concluded that a great effort has to be made to obtain a precise in-situ thermal properties in order to get a good prediction of the thermal response of a jointed rock mass.

절리 및 지하수가 암반의 열전파 특성에 미치는 영향

절리암반에서의 열유동을 수치해석적으로 분석하였다. 1차원 모델 해석을 통하여 한 조의 절리군이 열전도에 미치는 영향을 비교 분석하고, 이론해와 비교하였다. 절리 내에 물이 전혀 없는 경우, 절리는 열 차단제의 역할을 하며 정상상태에서도 온도의 불연속이 관찰되었다. 따라서 암반 내 존재하는 절리가 완전 건조상태인 경우에는 개별적인 절리의 열차단 효과를 일일이 고려하여야 정확한 결과를 얻을 수 있다 그러나 절리 내에 물이 부분적으로 혹은 완전히 포화된 경우에는 열차단 효과가 현저히 줄어들어 온도 분포에 미치는 영향이 현저히 감소하였다. 따라서 절리 암반을 통한 열전도는 암반을 무결암의 열적 성질과 불연속면의 열적 성질을 포함한 열적 이방성 연속체로 가정함으로써 가능하다 할 수 있다. 절리의 포화 정도가 증가할수록 절리가 열유동에 미치는 영향이 감소하므로 암반의 열전달 특성은 등방에 가까워지며, 따라서 복잡한 모델을 이용한 해석보다는 현지 암반의 열물성을 정확히 측정하는 것이 더욱 중요함을 알 수 있었다.