침윤선

침윤선의 정의

침윤선은 댐이나 제방 속을 침투하는 중력수의 표면을 나타내는 선이다.

그 아래는 물로 포화된 영역이고, 위는 공기가 차 있는 불포화 영역이다.

침윤선은 등수두선이 아니라 흐름선이다. 침윤선 자체가 흐름의 상한선 역할을 한다.

침윤선의 위치가 제방의 안정과 누수량을 결정한다.

제체 단면과 침윤선

댐과 제방 단면에서 침윤선은 물이 스며든 영역의 경계로 나타난다.

침윤선 위쪽은 대기압이 작용하는 불포화 영역이다.

침윤선 아래쪽은 정수압이 작용하는 포화 영역이다.

흙댐의 침윤선은 대략 포물선 모양을 띤다. 그래서 포물선으로 근사해 작도한다.

침윤선 상승과 파괴 경로

상류 수위가 높아지면 제방 속으로 침투수가 유입된다.

침윤선이 올라오면 하류 출구 동수경사가 커져 세굴과 파이핑 위험이 증가한다.

제방 파괴는 누수에서 시작되는 경우가 많다.

따라서 침윤선 위치를 낮추는 것이 제체 안정의 핵심이다.

형식별 침윤선 위치

형식이 달라지면 침윤선의 위치와 출구 높이도 달라진다.

균질형은 침투 경로가 가장 길고, 침윤선이 하류 비탈면까지 올라오기 쉽다.

심벽형은 심벽이 침윤선을 낮추지만 심벽과 기초의 접촉부가 약점이 된다.

표층 차수형은 차수층의 연속성이 유지되는지가 관건이다.

계산 예제

계산 예제는 가상의 제방으로, 상류 수위 6 m와 침투 경로 40 m를 가정한다.

평균 동수경사는 수두차를 침투 경로 길이로 나눈 값이다. 6을 40으로 나누면 0.15이다.

물의 단위중량 9.81 kN/m³을 쓰면 깊이 3 m 지점의 간극수압은 29.4 kPa이다.

침윤선 위의 흙은 대기압 상태이므로 수압은 침윤선 아래에서만 작용한다.

헷갈리는 점과 정리

헷갈리기 쉬운 점을 정리한다.

침윤선은 등수두선이 아니라 흐름선이다. 위는 대기압, 아래는 정수압이 작용한다.

침윤선이 내측 비탈면에 나오면 파이핑과 사면 파괴 위험이 커진다.

정답은 대기압이다. 침윤선 위 흙은 대기압 상태이다.