침투유량

침투유량의 정의

침투유량은 흙 속을 흐르는 물이 단위 시간에 단면을 통과하는 양이다.

단위 폭당으로 나타내면 m³/s·m 단위가 된다.

유선망이 있으면 유로 수와 등수두면 수만 세어 이 값을 구한다.

전수두 차와 흐름

물은 흙 입자 사이의 틈을 따라 수위가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐른다.

흐름의 원동력은 위치수두와 압력수두를 더한 전수두의 차이다.

간극수압은 압력수두에 물의 단위중량을 곱해 구한다.

침투유량과 간극수압은 같은 전수두 분포를 기준으로 구한다.

유선망의 성질

유선망은 유선과 등수두선이 이루는 망으로 흙 속 흐름을 그림으로 나타낸다.

유선과 등수두선은 서로 직교하고, 한 칸은 정사각형에 가깝게 그린다.

인접한 유선 사이의 침투수량은 같고, 등수두선 사이의 손실수두도 같다.

그래서 유로 수와 등수두면 수만 세면 침투유량을 구할 수 있다.

등방·비등방·비균질

자연 지반은 대부분 비등방이라 수직 투수계수가 수평보다 작은 경우가 많다.

비등방 토질은 좌표를 축소한 유선망과 등가 투수계수로 유량을 구한다.

비균질 토질은 층 경계에서 유선이 꺾이므로 경계 조건을 따로 본다.

세 경우를 구분해 식과 적용 조건을 함께 기억한다.

계산 예제

주어진 값은 투수계수 1×10⁻⁶ m/s, 전수두 차 6 m, 유로 수 4, 등수두면 수 12이다.

cm/s로 주어진 투수계수는 먼저 m/s로 환산한 뒤 대입한다.

대입하면 단위 폭당 침투유량은 2×10⁻⁶ m³/s·m이다.

소규모 제체의 누수량 범위이므로 상식 범위의 값이다.

출구 동수경사와 파이핑

출구 부근은 유선망에서 등수두선이 가장 촘촘해 동수경사가 가장 크다.

출구 동수경사는 한 등수두 강하량을 출구부 한 칸의 길이로 나눠 구한다.

이 값이 한계 동수경사 부근이면 흙이 침식되어 파이핑 위험이 커진다.

앞 문제의 정답은 nf이다, 유로 수는 분자에 쓴다.

정리

침투유량은 유선망의 유로 수와 등수두면 수로 구한다.

비등방 지반은 등가 투수계수로 환산해 해석한다.

출구 동수경사는 파이핑 안전성을 판단하는 기준이다.