■Free surface と Seepage face の定義■
先へ進む前に、ここで free surface と Seepage face について説明しておきます。下図を見て下さい。Free surface は、unconfined aqufer で発生する水面で、q_n=0 と h=z の両方が同時に満足していなくてはなりません。

実際のaqufer において、クリアーカットなFree surfaceは、存在しません。毛細管現象により、Free surface は、幅をもっています。その幅を計算上では、線で表しますが、通常の設計計算としては、問題にはなりません。

次に、seepage faceの境界条件について説明します。Seepage face の存在の理由については、FEMのGroundwater を見て下さい。Seepage face の境界条件は、h=elevation です。つまり、z が高さを表すとすれば、h(x,z) = z になります。(プログラムでは、h(x,y) = y です。) 私達が、境界要素法でseepage face を再現する場合に問題になるのが、free surface と seepage face がぶつかる点です。

上の図を見て下さい。Free surface が、aquifer の右側面(seepage face が有る面) に近づくと、free surface は、側面に対し接線を描く様になります。そして、図の点Aで、 free surface と seepage face は、接線でドッキングします。つまり、点A でのfree surface の n ベクトルと seepage face のn ベクトルが同じ方向を示すということです。 図から言えることは、seepage face 側の最上部の位置(点A) では、q_n=0 になっていることになります。境界要素法では、seepage face に与えられるこの条件(q_n=0 on seepage at A)が重要になります。なぜ重要かというと、seepage face の境界条件は、h=z であり、q_n は指定できないからです。