동절기 온도가 영하로 떨어짐에 따라서 지표면 부근의 수분을 포함한 흙은 공극속의 수분이 얼음으로 변하면서 부피가 팽창하고, 이렇게 팽창된 지반은 주변 구조물에 영향을 미쳐 지반 구조물의 안전에 위험한 영향을 초래할 수 있다. 동상현상은 토립자,간극수, 공기로 구성된 다상(multi phase) 구조 속에서 동결이 형성됨에 따른 수분의 이동과 수분이 얼음으로의 상변화(phase change) 등 다변수의 복합적인 물리적 현상을 포함하고 있기 때문에 현재까지 다차원 수치해석에 구성방정식으로 사용할수 있는 검증되고 신뢰성 있는 모델은 아직도 연구 단계에 있다. 본 논문에서는 간극수의 상변화에 따라 갑작스러운 열용량 증대로 발생하는 수치해석상의 문제를 극복할 수 있는 효율적인간편식을 유도하고, 포화된 토사나 다공성 암반이 동결할 때의 거동을 재현할 수 있는 열전도 구성방정식과 해석법을 제안하였다. 제안된 식을 사용한 수치해석 결과는 알려진 이론해 및 실내 모형시험 결과와 잘 일치하였다.
본고에서는 간극수의 상변화에 따라 갑작스러운 열용량 증대로 발생하는 수치해석상의 문제를 극복할 수 있는 효율적인간편식을 유도하고, 포화된 토사나 다공성 암반이 동결할 때의 거동을 재현할 수 있는 열전도 구성방정식과 해석법을 제안하였다.