지반공학적 문제의 대부분이 물에서 비롯되는 만큼 모델상의 수위는 어떻게 설정하는지 수압은 어떤방식으로 고려되는지에 대한 의문이 많습니다. SOILWORKS에서는 원하는 위치에 라인을 작도하여 수위선으로 설정하면 간극수압은 자동으로 고려됩니다. 또한, 모델에서 수위선의 상대적인 위치에 따라 수압의 방향을 변경/적용 할 수 있습니다.
질문
1. 수위는 어떻게 입력하나요?
답변
모델상의 라인을 이용하거나, 원하는 위치에 CAD기능으로 라인을 작도하여 수위선으로 설정할 수 있습니다. 이렇게 설정된 수위선은 작업트리의 함수에 등록되어 해석케이스 설정시 해당 함수를 반영할 수 있습니다.
그림 1. 수위선 정의
하중/경계조건 > 함수 > 수위선 을 선택하면 그림 1 의 대화창이 활성화되고, 모델상의 라인을 연속적으로 선택하여 확인을 클릭하면 해당위치에 수위선이 설정됩니다.
질문
2. 수압을 압력하중으로 입력해야 하나요?
답변
수위선의 위치에 따라 모델내 간극수압 및 수압은 자동으로 고려됩니다. 단, 그림 3과 같이 수위선이 지반보다 높게 위치하는 경우 물의 무게에 해당하는 수압은 설정된 방향에 따라 적용되며, 그림 2 와 같이 도구> 환경설정 > 해석옵션 에서 수압작용방향을 변경할 수 있습니다.
그림 2. 수압방향 설정
| 모델 내부방향 | 모델 외부방향 | 고려하지 않음 |
그림 3. 수압방향
* 간극수압은 수압설정방향과는 무관하게 수위선의 위치에 따라 동일하게 적용됩니다. 위에서 설정한 수압은 방향에 따라 하중으로 작용하여
유효응력을 증가 혹은 감소시키게 됩니다. 해석케이스와 수위의 위치에 따라 수압의 방향을 적절히 설정하지 않으면 부압이 적용되어 의도하지 않은 방향으로 변위가 발생하고 변위가 과다할 경우 해석결과가 수렴되지 않을 수 있습니다.
질문
3. 주로 어떤 경우에 수압방향을 변경하나요?
답변
1) 모델내부방향
그림 4와 같이 하천제방의 수위 급강하시 제외지의 비탈면 안정검토를 수행할 경우 지표면 상단에 존재하는 수압은 사면의 활동에 저항하는 압력하중으로 작용할 것입니다. 따라서 제내지의 경우 만수위때가 아닌 수위저하시가 더 위험하다고 보고 안정해석을 수행하고 있습니다. 이 경우 수압방향을 모델내부로 설정하여야 수위차에 의한 물의 무게를 압력하중과 같이 고려할 수 있습니다.
그림 4. 사면안정 검토
2) 모델외부방향
그림 5와 같은 가시설 굴착단계 해석시 수위차로 인해 흙막이 벽체에 수압이 작용합니다. 이 때 수압방향을 모델외부로 설정하면 수위차에 의해 흙막이 벽체에 작용하는 정수압을 자동으로 고려할 수 있습니다.
그림 5. 가시설 시공단계해석
3) 고려하지 않음
지반내 간극수압은 수위선의 위치에 따라 자동으로 고려되기 때문에 유효응력은 수압을 고려하지 않을경우가 정확한 수치입니다. 그림 3 에서 수위선의 위치가 더 높아져도 지표면에서의 유효응력은 항상 zero입니다. 하지만 수압을 고려할 경우 그만큼의 무게로 인해 내부방향설정시에는 압축응력이 외부방향설정시에는 인장응력이 작용하게 됩니다. 정확한 유효응력 개념의 해석을 위해선 [고려하지 않음]으로 설정하여야 합니다.