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INTERNAL EROSION OF EXISTING DAMS, Levees and Dikes, and their Foundations
L’ÉROSION INTERNE DANS LES DIGUES, barrages existants et leurs fondations
Bulletin 164
2017
INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMSCOMMISSION INTERNATIONALE DES GRANDS BARRAGES
61, avenue Kléber, 75116 ParisTéléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22
http://www.icold-cigb.org./ 164
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Cover/Couverture : Cover illustration: TETON Dam – Idaho USA – Failure during the first filling on June 5, 1976 (Courtesy
of US Bureau of Reclamation) / Illustration en couverture : Barrage de TETON – Idaho États-Unis –Rupture durant le premier remplissage le 5 juin 1976 (avec l’aimable autorisation de l’US Bureau of
Reclamation)
AVERTISSEMENT – EXONÉRATION DE RESPONSABILITÉ :
Les informations, analyses et conclusions contenues dans cet ouvrage n'ont pas force de Loi et ne doivent pas être considérées comme un substitut aux réglementations officielles imposées par la Loi. Elles sont uniquement destinées à un public de Professionnels Avertis, seuls aptes à en apprécier et à en déterminer la valeur et la portée. Malgré tout le soin apporté à la rédaction de cet ouvrage, compte tenu de l'évolution des techniques et de la science, nous ne pouvons en garantir l'exhaustivité. Nous déclinons expressément toute responsabilité quant à l'interprétation et l'application éventuelles (y compris les dommages éventuels en résultant ou liés) du contenu de cet ouvrage. En poursuivant la lecture de cet ouvrage, vous acceptez de façon expresse cette condition.
NOTICE – DISCLAIMER: The information, analyses and conclusions in this document have no legal force and must not be considered as substituting for legally-enforceable official regulations. They are intended for the use of experienced professionals who are alone equipped to judge their pertinence and applicability. This document has been drafted with the greatest care but, in view of the pace of change in science and technology, we cannot guarantee that it covers all aspects of the topics discussed. We decline all responsibility whatsoever for how the information herein is interpreted and used and will accept no liability for any loss or damage arising therefrom. Do not read on unless you accept this disclaimer without reservation.
Original text in English French translation by the CFBR
Layout by Nathalie Schauner
Texte original en anglais Traduction en français par le CFBR
Mise en page par Nathalie Schauner
1
INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMSCOMMISSION INTERNATIONALE DES GRANDS BARRAGES
61, avenue Kléber, 75116 ParisTéléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22
http://www.icold-cigb.org./
INTERNAL EROSION OF EXISTING DAMS, Levees and Dikes, and their Foundations
L’ÉROSION INTERNE DANS LES DIGUES, barrages existants et leurs fondations
2
COMMITTEE ON EMBANKMENT DAMS
COMITÉ DES BARRAGES EN REMBLAI
Chairman/Président
Canada JEAN-PIERRE TOURNIER Vice-Chairman/Vice-Président
Russia/Russie VADIM RADCHENKO Members/Membres
Australia/Australie MICHAEL MARLEY Austria/Autriche PETER TSCHERNUTTER Brazil/Brésil CARLO VIOTTI Bulgaria/Bulgarie NETZO DIMITROV China/Chine PROF NENG-HUI LI Colombia/Colombie ALBERTO MARULANDA Egypt/Egypte Finland/Finlande JUHA LAASONEN France JEAN-JACQUES FRY Germany/Allemagne MARKUS LIMBACH Greece/Grèce GEORGIOS DOUNIAS India/Inde V K KAPOOR Indonesia/Indonésie D JAWARDI Iran NASSER TARKESH DOOZ Italy/Italie PROF RUGGIERO JAPELLI Japan/Japon T HORI Norway/Norvège HELGE SAXEGAARD Pakistan K ALAMGIR Portugal E MARANDA DAS NEVES Slovakia/Slovaquie MARIAN MISCIK South Africa/Afrique du Sud DANIE BADENHORST Spain/Espagne ANTONIO SORIANO Sri Lanka L SOORIYABANDARA Sweden/Suède INGVAR EKSTRÖM Switzerland/Suisse PETER BRENNER Thailand/Thaïlande A SRAMOON Turkey/Turquie NURETTIN PELEN United Kingdom/Royaume Uni RODNEY BRIDLE United States/États-Unis DAVID PAUL Venezuela G MARTINEZ Co-opted member/Membre co opté
Canada ERIC PELOQUIN
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COMMITTEE ON EMBANKMENT DAMS
COMITÉ DES BARRAGES EN REMBLAI
Chairman/Président
Canada JEAN-PIERRE TOURNIER Vice-Chairman/Vice-Président
Russia/Russie VADIM RADCHENKO Members/Membres
Australia/Australie MICHAEL MARLEY Austria/Autriche PETER TSCHERNUTTER Brazil/Brésil CARLO VIOTTI Bulgaria/Bulgarie NETZO DIMITROV China/Chine PROF NENG-HUI LI Colombia/Colombie ALBERTO MARULANDA Egypt/Egypte Finland/Finlande JUHA LAASONEN France JEAN-JACQUES FRY Germany/Allemagne MARKUS LIMBACH Greece/Grèce GEORGIOS DOUNIAS India/Inde V K KAPOOR Indonesia/Indonésie D JAWARDI Iran NASSER TARKESH DOOZ Italy/Italie PROF RUGGIERO JAPELLI Japan/Japon T HORI Norway/Norvège HELGE SAXEGAARD Pakistan K ALAMGIR Portugal E MARANDA DAS NEVES Slovakia/Slovaquie MARIAN MISCIK South Africa/Afrique du Sud DANIE BADENHORST Spain/Espagne ANTONIO SORIANO Sri Lanka L SOORIYABANDARA Sweden/Suède INGVAR EKSTRÖM Switzerland/Suisse PETER BRENNER Thailand/Thaïlande A SRAMOON Turkey/Turquie NURETTIN PELEN United Kingdom/Royaume Uni RODNEY BRIDLE United States/États-Unis DAVID PAUL Venezuela G MARTINEZ Co-opted member/Membre co opté
Canada ERIC PELOQUIN
SOMMAIRE
CONTENTS
AVANT PROPOS
FORWORD
1. INTRODUCTION : ÉROSION INTERNE ET SÉCURITÉ DES BARRAGES
1. INTRODUCTION: INTERNAL EROSION AND DAM SAFETY
2. PANORAMA DES MECANISMES
D’EROSION INTERNE
2. AN OVERVIEW OF INTERNAL EROSION MECHANISMS
3. INITIATION DE L’EROSION DE
CONDUIT
3. INITIATION OF CONCENTRATED LEAK EROSION
4. INITIATION DE L’ÉROSION
RÉGRESSIVE
4. INITIATION OF BACKWARD EROSION
5. INITIATION DE L’ÉROSION DE CONTACT
5. INITIATION OF CONTACT EROSION
6. INITIATION DE LA SUFFUSION
6. INITIATION OF SUFFUSION
7. CONTINUATION OU INTERRUPTION DE L’ÉROSION PAR FILTRATION
7. CONTINUATION OR INTERRUPTION OF EROSION BY FILTER ACTION
8. PROGRESSION DE L’ÉROSION
8. PROGRESSION OF EROSION
9. ÉVALUATION DU RISQUE D’ÉROSION INTERNE
9. ENGINEERING ASSESSMENT OF THE VULNERABILITY OF A DAM TO INTERNAL EROSION
10. RÉPARATION
10. REMEDIATION AND IMPROVEMENTS TO DAMS TO RESIST INTERNAL EROSION
11. SURVEILLANCE ET AUSCULTATION
11. SURVEILLANCE AND MONITORING
12. MÉTHODES D’ÉVALUATION DE LA PROBABILITÉ DE RUPTURE PAR ÉROSION INTERNE
12. METHODS FOR ASSESSMENT OF THE LIKELIHOOD OF FAILURE OF A DAM BY INTERNAL EROSION
13. GLOSSAIRE INTERNATIONAL DE
L’ÉROSION INTERNE
13. TERMINOLOGY – INTERNAL EROSION PROCESSES – INTERNATIONAL GLOSSARY
RÉFÉRENCES
REFERENCES
4
TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION : ÉROSION INTERNE ET SÉCURITÉ DES BARRAGES ............................
1.1. Objectif, objet et plan du bulletin ........................................................................................
1.2. Importance de l’érosion interne vis-à-vis de la sécurité de barrages .................................
1.3. Statistiques de ruptures .....................................................................................................
2. PANORAMA DES MECANISMES D’EROSION INTERNE ......................................................
2.1. Description générale du phénomène ..................................................................................
2.1.1. Arrachement et transport .........................................................................................
2.1.2. Les 4 principaux Chemins ........................................................................................
2.1.3. Les 4 phases du processus .....................................................................................
2.2. Les quatre mécanismes d’initiation .....................................................................................
2.2.1. L’érosion de conduit .................................................................................................
2.2.2. L’érosion régressive .................................................................................................
2.2.3. L’érosion de contact .................................................................................................
2.2.4. La suffusion ..............................................................................................................
2.3. Continuation ou non filtration ..............................................................................................
2.4. Progression .........................................................................................................................
2.5. Détection .............................................................................................................................
2.6. Intervention .........................................................................................................................
2.7. Brèche .................................................................................................................................
3. INITIATION DE L’EROSION DE CONDUIT ................................................................................
3.1. Description générale du mécanisme ...................................................................................
3.2. Phénomènes et situations ...................................................................................................
3.2.1. Fissures et claquage hydraulique dus au tassement différentiel rive à rive ............
3.2.2. Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge de rive à rive ...............
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5
TABLE OF CONTENTS
1. INTRODUCTION: INTERNAL EROSION AND DAM SAFETY .................................................
1.1. The purpose, scope and outline of this bulletin ...........................................................
1.2. The importance of internal erosion to dam safety .......................................................
1.3. Statistics of embankment dam failures .......................................................................
2. AN OVERVIEW OF INTERNAL EROSION MECHANISMS .....................................................
2.1. A description of the overall process ...................................................................................
2.1.1. Particle detachment and transport ...........................................................................
2.1.2. The four general failure paths ..................................................................................
2.1.3. The four general phases ..........................................................................................
2.2. The four mechanisms of initiation of erosion .....................................................................
2.2.1. Concentrated leaks ..................................................................................................
2.2.2. Backward erosion .....................................................................................................
2.2.3. Contact erosion ........................................................................................................
2.2.4. Suffusion ..................................................................................................................
2.3. Continuation and filter action ..............................................................................................
2.4. Progression ........................................................................................................................
2.5. Detection ............................................................................................................................
2.6. Intervention .........................................................................................................................
2.7. Breach ................................................................................................................................
3. INITIATION OF CONCENTRATED LEAK EROSION ..............................................................
3.1. Concentrated leak erosion : the overall process ................................................................
3.2. Initiation of concentrated leak erosion..................................................................................
3.2.1. Cracking and hydraulic fracture due to cross valley differential settlement of the core .
3.2.2. Cracking and hydraulic fracture due to cross valley arching ...................................
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3.2.3. Fissures et claquage hydraulique dus au tassement différentiel de la fondation sous le noyau ......................................................................................................................
3.2.4. Petites irrégularités du profil de fondation sous le noyau ........................................
3.2.5. Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge du noyau sur les recharges du barrage ..........................................................................................................
3.2.6. Fissures ou ouvertures le long de bajoyers d’évacuateur, murs de soutènement et raccordement à un barrage en béton ..............................................................................
3.2.7. Érosion interne associée aux conduites traversantes .............................................
3.2.8. Fissures ou claquage hydraulique suite à l’effondrement de couches mal compactées de sols cohésifs ou de sols grossiers silteux ....................................................
3.2.9. Fissures de dessiccation ..........................................................................................
3.2.10. Fissures transversales suite à un tassement sismique .........................................
3.2.11. Fissures ou couches de grande perméabilité causées par le gel ..........................
3.2.12. Érosion interne initiées par des terriers d’animaux ................................................
3.2.13. Érosion interne initiées par la végétation ...............................................................
3.2.14. Importance des conduites, des bajoyers d’évacuateurs, des mécanismes de fissuration et des zones mal compactées ...........................................................................
3.3. Critères ...............................................................................................................................
3.3.1. La procédure ............................................................................................................
3.3.2. Estimation de la largeur et de la profondeur d’une fissure ......................................
3.3.3. Estimation de la contrainte de cisaillement hydraulique ..........................................
3.3.4. Estimation de la résistance à l’érosion d’un noyau de barrage ...............................
3.3.5. Application du critère d’initiation d’érosion de conduit .............................................
3.3.6. Importance des sols dispersifs .................................................................................
4. INITIATION DE L’ÉROSION RÉGRESSIVE ...............................................................................
4.1. Description générale du mécanisme ...................................................................................
4.2. Phénomènes et situations ...................................................................................................
4.2.1. L’érosion régressive dans une fondation sableuse ..................................................
4.2.2. Érosion régressive globale dans les barrages ou les digues ...................................
4.2.3. Érosion régressive conduisant au déchaussement du parement aval ....................
4.3. Critères ................................................................................................................................
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3.2.3. Cracking and hydraulic fracture due to differential settlement in the foundation under the core .....................................................................................................................
3.2.4. Cracking and hydraulic fracture due to small scale irregularities in the foundation profile under the core ..........................................................................................................
3.2.5. Cracking and hydraulic fracture due to arching of the core onto the shoulders of the embankment ..................................................................................................................
3.2.6. Crack or gap adjacent to a spillway or abutment walls and where concrete dams abut embankment dams ......................................................................................................
3.2.7. Internal erosion associated with conduits embedded in the embankment ..............
3.2.8. Cracking or hydraulic fracture resulting from collapse of poorly compacted layers in cohesive soils or in broadly graded silty soils .................................................................
3.2.9. Cracking due to desiccation .....................................................................................
3.2.10. Transverse cracking caused by settlement during earthquakes ............................
3.2.11. Cracking or high permeability layers due to freezing .............................................
3.2.12. Internal erosion initiated by the effects of animal burrows .....................................
3.2.13. Internal erosion initiated by the effects of vegetation .............................................
3.2.14. Relative importance of conduits, spillway walls, cracking mechanisms and poorly compacted zones ................................................................................................................
3.3. Criteria for initiation of concentrated leaks .........................................................................
3.3.1. The procedure ..........................................................................................................
3.3.2. Estimation of width and depth of cracks ..................................................................
3.3.3. The estimation of hydraulic shear stresses in cracks and erosion pipes .................
3.3.4. Estimation of erosion resistance of dam cores ........................................................
3.3.5. Applying the concentrated leak criteria ....................................................................
3.3.6. Importance of dispersive soils ..................................................................................
4. INITIATION OF BACKWARD EROSION .................................................................................
4.1. Backward erosion: the overall process ..............................................................................
4.2. Backward erosion processes .............................................................................................
4.2.1. The process in sandy foundations of dams or dikes ................................................
4.2.2. The process within a dam, levee or dike ..................................................................
4.2.3. The process causing unraveling at the downstream face ........................................
4.3. Criteria for initiation of backward erosion ...........................................................................
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3.2.3. Fissures et claquage hydraulique dus au tassement différentiel de la fondation sous le noyau ......................................................................................................................
3.2.4. Petites irrégularités du profil de fondation sous le noyau ........................................
3.2.5. Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge du noyau sur les recharges du barrage ..........................................................................................................
3.2.6. Fissures ou ouvertures le long de bajoyers d’évacuateur, murs de soutènement et raccordement à un barrage en béton ..............................................................................
3.2.7. Érosion interne associée aux conduites traversantes .............................................
3.2.8. Fissures ou claquage hydraulique suite à l’effondrement de couches mal compactées de sols cohésifs ou de sols grossiers silteux ....................................................
3.2.9. Fissures de dessiccation ..........................................................................................
3.2.10. Fissures transversales suite à un tassement sismique .........................................
3.2.11. Fissures ou couches de grande perméabilité causées par le gel ..........................
3.2.12. Érosion interne initiées par des terriers d’animaux ................................................
3.2.13. Érosion interne initiées par la végétation ...............................................................
3.2.14. Importance des conduites, des bajoyers d’évacuateurs, des mécanismes de fissuration et des zones mal compactées ...........................................................................
3.3. Critères ...............................................................................................................................
3.3.1. La procédure ............................................................................................................
3.3.2. Estimation de la largeur et de la profondeur d’une fissure ......................................
3.3.3. Estimation de la contrainte de cisaillement hydraulique ..........................................
3.3.4. Estimation de la résistance à l’érosion d’un noyau de barrage ...............................
3.3.5. Application du critère d’initiation d’érosion de conduit .............................................
3.3.6. Importance des sols dispersifs .................................................................................
4. INITIATION DE L’ÉROSION RÉGRESSIVE ...............................................................................
4.1. Description générale du mécanisme ...................................................................................
4.2. Phénomènes et situations ...................................................................................................
4.2.1. L’érosion régressive dans une fondation sableuse ..................................................
4.2.2. Érosion régressive globale dans les barrages ou les digues ...................................
4.2.3. Érosion régressive conduisant au déchaussement du parement aval ....................
4.3. Critères ................................................................................................................................
4.3.1. Érosion régressive dans les fondations sablonneuses ............................................
4.3.2. Érosion régressive globale de noyaux de barrages .................................................
4.3.3. Érosion régressive du parement ..............................................................................
4.3.4. Approches empiriques de Bligh et Lane ...................................................................
4.3.5. Approche russe .........................................................................................................
5. INITIATION DE L’ÉROSION DE CONTACT ...............................................................................
5.1. Description générale du mécanisme ...................................................................................
5.2. Phénomènes et situations ...................................................................................................
5.3. Critères pour l’initiation de l’érosion de contact ..................................................................
5.3.1. Conditions géométriques et hydrauliques ................................................................
5.3.2. Sol fin sans cohésion au-dessous d’une couche de sol grossier ............................
5.3.3. Érosion des sols fins cohérents (particules < 75 µm) ..............................................
5.3.4. Sol fin au-dessus d’une couche de sol grossier .......................................................
5.3.5. Influence de l’uniformité de la granulométrie ...........................................................
6. INITIATION DE LA SUFFUSION .............................................................................................
6.1. Description générales du mécanisme ................................................................................
6.2. Phénomènes et situations ..................................................................................................
6.2.1. Les sols suffusifs ......................................................................................................
6.2.2. Prise en compte de la ségrégation ..........................................................................
6.3. Critères ...............................................................................................................................
6.3.1. Pourcentage maximal de fines suffusives ................................................................
6.3.2. Méthodes basées sur les critères géométriques .....................................................
6.3.3. Critère hydraulique basé sur le gradient critique .....................................................
7. CONTINUATION OU INTERRUPTION DE L’ÉROSION PAR FILTRATION ..........................
7.1. Description générale du mécanisme ..................................................................................
7.2. Situations et phénomènes ..................................................................................................
7.2.1. L’érosion interne dans les remblais .........................................................................
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4.3.1. Backward erosion in sandy foundations ..................................................................
4.3.2. Global backward erosion in dam cores ....................................................................
4.3.3. Global backward erosion causing unraveling at the downstream face ....................
4.3.4. Empirical approaches of Bligh and Lane .................................................................
4.3.5. The Russian Design Methods ..................................................................................
5. INITIATION OF CONTACT EROSION .....................................................................................
5.1. Contact erosion: the overall process ..................................................................................
5.2. Contact erosion processes .................................................................................................
5.3. Criteria for initiation of contact erosion ...............................................................................
5.3.1. Geometrical and hydraulic conditions ......................................................................
5.3.2. Fine cohesionless soil below a coarse soil layer .....................................................
5.3.3. Silt and clay erosion (particles < 75µm) ...................................................................
5.3.4. Fine soil above a coarse soil layer ...........................................................................
5.3.5. Influence of uniformity ..............................................................................................
6. INITIATION OF SUFFUSION ...................................................................................................
6.1. Suffusion: the overall process ............................................................................................
6.2. Suffusion processes ...........................................................................................................
6.2.1. Soils subject to suffusion ..........................................................................................
6.2.2. The effect of segregation .........................................................................................
6.3. Criteria for initiation of suffusion .........................................................................................
6.3.1. Maximum proportion of suffusive fines ....................................................................
6.3.2. Methods based on geometric criteria .......................................................................
6.3.3. The hydraulic criterion based on critical gradient .....................................................
7. CONTINUATION OR INTERRUPTION OF EROSION BY FILTER ACTION ..........................
7.1. Continuation: the overall process .......................................................................................
7.2. Continuation scenarios .......................................................................................................
7.2.1. Internal erosion in the embankment .........................................................................
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3.2.3. Cracking and hydraulic fracture due to differential settlement in the foundation under the core .....................................................................................................................
3.2.4. Cracking and hydraulic fracture due to small scale irregularities in the foundation profile under the core ..........................................................................................................
3.2.5. Cracking and hydraulic fracture due to arching of the core onto the shoulders of the embankment ..................................................................................................................
3.2.6. Crack or gap adjacent to a spillway or abutment walls and where concrete dams abut embankment dams ......................................................................................................
3.2.7. Internal erosion associated with conduits embedded in the embankment ..............
3.2.8. Cracking or hydraulic fracture resulting from collapse of poorly compacted layers in cohesive soils or in broadly graded silty soils .................................................................
3.2.9. Cracking due to desiccation .....................................................................................
3.2.10. Transverse cracking caused by settlement during earthquakes ............................
3.2.11. Cracking or high permeability layers due to freezing .............................................
3.2.12. Internal erosion initiated by the effects of animal burrows .....................................
3.2.13. Internal erosion initiated by the effects of vegetation .............................................
3.2.14. Relative importance of conduits, spillway walls, cracking mechanisms and poorly compacted zones ................................................................................................................
3.3. Criteria for initiation of concentrated leaks .........................................................................
3.3.1. The procedure ..........................................................................................................
3.3.2. Estimation of width and depth of cracks ..................................................................
3.3.3. The estimation of hydraulic shear stresses in cracks and erosion pipes .................
3.3.4. Estimation of erosion resistance of dam cores ........................................................
3.3.5. Applying the concentrated leak criteria ....................................................................
3.3.6. Importance of dispersive soils ..................................................................................
4. INITIATION OF BACKWARD EROSION .................................................................................
4.1. Backward erosion: the overall process ..............................................................................
4.2. Backward erosion processes .............................................................................................
4.2.1. The process in sandy foundations of dams or dikes ................................................
4.2.2. The process within a dam, levee or dike ..................................................................
4.2.3. The process causing unraveling at the downstream face ........................................
4.3. Criteria for initiation of backward erosion ...........................................................................
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4.3.1. Érosion régressive dans les fondations sablonneuses ............................................
4.3.2. Érosion régressive globale de noyaux de barrages .................................................
4.3.3. Érosion régressive du parement ..............................................................................
4.3.4. Approches empiriques de Bligh et Lane ...................................................................
4.3.5. Approche russe .........................................................................................................
5. INITIATION DE L’ÉROSION DE CONTACT ...............................................................................
5.1. Description générale du mécanisme ...................................................................................
5.2. Phénomènes et situations ...................................................................................................
5.3. Critères pour l’initiation de l’érosion de contact ..................................................................
5.3.1. Conditions géométriques et hydrauliques ................................................................
5.3.2. Sol fin sans cohésion au-dessous d’une couche de sol grossier ............................
5.3.3. Érosion des sols fins cohérents (particules < 75 µm) ..............................................
5.3.4. Sol fin au-dessus d’une couche de sol grossier .......................................................
5.3.5. Influence de l’uniformité de la granulométrie ...........................................................
6. INITIATION DE LA SUFFUSION .............................................................................................
6.1. Description générales du mécanisme ................................................................................
6.2. Phénomènes et situations ..................................................................................................
6.2.1. Les sols suffusifs ......................................................................................................
6.2.2. Prise en compte de la ségrégation ..........................................................................
6.3. Critères ...............................................................................................................................
6.3.1. Pourcentage maximal de fines suffusives ................................................................
6.3.2. Méthodes basées sur les critères géométriques .....................................................
6.3.3. Critère hydraulique basé sur le gradient critique .....................................................
7. CONTINUATION OU INTERRUPTION DE L’ÉROSION PAR FILTRATION ..........................
7.1. Description générale du mécanisme ..................................................................................
7.2. Situations et phénomènes ..................................................................................................
7.2.1. L’érosion interne dans les remblais .........................................................................
7.2.2. L’érosion interne du remblai vers et dans la fondation ............................................
7.2.3. L’érosion interne en fondation ..................................................................................
7.3. Critères ...............................................................................................................................
7.3.1. Méthodologie pour l’évaluation de la continuation ou l’interruption de l’érosion dans le remblai ....................................................................................................................
7.3.2. Les fonctions d’un filtre ............................................................................................
7.3.3. Critère de rétention totale des filtres granulaires .....................................................
7.3.4. Critères de continuation ...........................................................................................
7.3.5. Continuation vers la fondation ou les structures traversantes .................................
8. PROGRESSION DE L’ÉROSION ............................................................................................
8.1. Description générale du mécanisme ..................................................................................
8.1.1. Condition hydraulique ..............................................................................................
8.1.2. Condition mécanique ...............................................................................................
8.2. Phénomènes et situations ..................................................................................................
8.3. Critères ...............................................................................................................................
8.3.1. La condition de stabilité du toit du conduit ...............................................................
8.3.2. Les conditions de colmatage des fissures ...............................................................
8.3.3. Les conditions de limitation de l’écoulement ............................................................
8.3.4. Vitesse de l’érosion de conduit ................................................................................
8.3.5. Vitesse de progression du processus d’érosion interne ..........................................
9. ÉVALUATION DU RISQUE D’ÉROSION INTERNE ................................................................
9.1. Les huit étapes du diagnostic .............................................................................................
9.2. Les différentes approches ..................................................................................................
9.2.1. Approche déterministe ou fondée sur des règlements ............................................
9.2.2. Jugement de l’ingénieur ou approche qualitative .....................................................
9.2.3. Évaluation quantitative du risque .............................................................................
9.2.4. L'utilisation des trois approches ...............................................................................
9.3. Déroulement de l’évaluation ...............................................................................................
11
147
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153
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185
187
187
187
189
189
7.2.2. Internal erosion of the embankment at or into the foundation .................................
7.2.3. Internal erosion in the foundation .............................................................................
7.3. Criteria for continuation ......................................................................................................
7.3.1. Assessment of continuation or interruption of erosion through the embankment ....
7.3.2. Filter functions ..........................................................................................................
7.3.3. Criteria for no-erosion filters .....................................................................................
7.3.4. Continuation criteria .................................................................................................
7.3.5. Continuation into an open defect, joint or crack .......................................................
8. PROGRESSION OF EROSION ...............................................................................................
8.1. Progression: the overall process ........................................................................................
8.1.1. Hydraulic condition ...................................................................................................
8.1.2. Mechanical condition ................................................................................................
8.2. Progression processes .......................................................................................................
8.3. Progression criteria ............................................................................................................
8.3.1. Soil conditions to hold the roof over developing erosion pipes ................................
8.3.2. Conditions for crack filling ........................................................................................
8.3.3. Conditions for flow limitation ....................................................................................
8.3.4. Rate of development of concentrated leaks .............................................................
8.3.5. Rate of progression of the overall process of internal erosion .................................
9. ENGINEERING ASSESSMENT OF THE VULNERABILITY OF A DAM TO INTERNAL EROSION ......................................................................................................................................
9.1. Eight steps for engineering assessment ............................................................................
9.2. Approaches to engineering assessment .............................................................................
9.2.1. Deterministic or Standards-Based Approach ...........................................................
9.2.2. Engineering Judgment .............................................................................................
9.2.3. Quantitative Risk Assessment .................................................................................
9.2.4. Use of the three approaches ....................................................................................
9.3. Engineering analysis procedure .........................................................................................
4.3.1. Backward erosion in sandy foundations ..................................................................
4.3.2. Global backward erosion in dam cores ....................................................................
4.3.3. Global backward erosion causing unraveling at the downstream face ....................
4.3.4. Empirical approaches of Bligh and Lane .................................................................
4.3.5. The Russian Design Methods ..................................................................................
5. INITIATION OF CONTACT EROSION .....................................................................................
5.1. Contact erosion: the overall process ..................................................................................
5.2. Contact erosion processes .................................................................................................
5.3. Criteria for initiation of contact erosion ...............................................................................
5.3.1. Geometrical and hydraulic conditions ......................................................................
5.3.2. Fine cohesionless soil below a coarse soil layer .....................................................
5.3.3. Silt and clay erosion (particles < 75µm) ...................................................................
5.3.4. Fine soil above a coarse soil layer ...........................................................................
5.3.5. Influence of uniformity ..............................................................................................
6. INITIATION OF SUFFUSION ...................................................................................................
6.1. Suffusion: the overall process ............................................................................................
6.2. Suffusion processes ...........................................................................................................
6.2.1. Soils subject to suffusion ..........................................................................................
6.2.2. The effect of segregation .........................................................................................
6.3. Criteria for initiation of suffusion .........................................................................................
6.3.1. Maximum proportion of suffusive fines ....................................................................
6.3.2. Methods based on geometric criteria .......................................................................
6.3.3. The hydraulic criterion based on critical gradient .....................................................
7. CONTINUATION OR INTERRUPTION OF EROSION BY FILTER ACTION ..........................
7.1. Continuation: the overall process .......................................................................................
7.2. Continuation scenarios .......................................................................................................
7.2.1. Internal erosion in the embankment .........................................................................
12
190
192
192
192
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194
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220
220
222
222
222
222
7.2.2. L’érosion interne du remblai vers et dans la fondation ............................................
7.2.3. L’érosion interne en fondation ..................................................................................
7.3. Critères ...............................................................................................................................
7.3.1. Méthodologie pour l’évaluation de la continuation ou l’interruption de l’érosion dans le remblai ....................................................................................................................
7.3.2. Les fonctions d’un filtre ............................................................................................
7.3.3. Critère de rétention totale des filtres granulaires .....................................................
7.3.4. Critères de continuation ...........................................................................................
7.3.5. Continuation vers la fondation ou les structures traversantes .................................
8. PROGRESSION DE L’ÉROSION ............................................................................................
8.1. Description générale du mécanisme ..................................................................................
8.1.1. Condition hydraulique ..............................................................................................
8.1.2. Condition mécanique ...............................................................................................
8.2. Phénomènes et situations ..................................................................................................
8.3. Critères ...............................................................................................................................
8.3.1. La condition de stabilité du toit du conduit ...............................................................
8.3.2. Les conditions de colmatage des fissures ...............................................................
8.3.3. Les conditions de limitation de l’écoulement ............................................................
8.3.4. Vitesse de l’érosion de conduit ................................................................................
8.3.5. Vitesse de progression du processus d’érosion interne ..........................................
9. ÉVALUATION DU RISQUE D’ÉROSION INTERNE ................................................................
9.1. Les huit étapes du diagnostic .............................................................................................
9.2. Les différentes approches ..................................................................................................
9.2.1. Approche déterministe ou fondée sur des règlements ............................................
9.2.2. Jugement de l’ingénieur ou approche qualitative .....................................................
9.2.3. Évaluation quantitative du risque .............................................................................
9.2.4. L'utilisation des trois approches ...............................................................................
9.3. Déroulement de l’évaluation ...............................................................................................
9.4. Les chargements ................................................................................................................
9.4.1. L’effet du niveau de la retenue sur l’érosion interne ................................................
9.4.2. Prise en considération des niveaux de retenue dans l’évaluation ...........................
9.4.3. Chargements sismiques à considérer ......................................................................
9.5. Les règlements et la probabilité de rupture ........................................................................
9.6. Marges de sécurité et incertitudes .....................................................................................
9.7. Relation entre propriétés du sol et érosion interne ............................................................
9.7.1. Susceptibilité du matériau, états de contrainte et chargement hydraulique ............
9.7.2. Le processus physique ............................................................................................
9.8. La collecte des données ....................................................................................................
9.9. Analyse des modes de rupture ..........................................................................................
9.10. Criblage des mécanismes potentiels de rupture ..............................................................
9.10.1. Criblage à partir du zonage et des propriétés des matériaux ................................
9.10.2. Criblage à partir de la géologie et des propriétés de sols ......................................
9.10.3. Criblage à partir des dispositifs constructifs ...........................................................
9.11. Analyse des modes de rupture potentiels ........................................................................
9.11.1. Quelques principes généraux ................................................................................
9.11.2. Quelques conseils pour évaluer le danger d’érosion par conduit ..........................
9.12. Décision entre confortement ou surveillance ...................................................................
10. RÉPARATION ........................................................................................................................
10.1. Méthodes disponibles ...............................................................................................
10.2. Les écrans d’étanchéité ............................................................................................
10.3. Les filtres ...................................................................................................................
10.3.1. Écran filtrant et recharge filtrante ...........................................................................
10.3.2. Filtres périphériques des conduites et de l’évacuateur de crue .............................
10.3.3. Parois drainantes ...................................................................................................
10.3.4. Les puits de décompression filtrants ......................................................................
13
191
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193
193
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195
195
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219
219
221
221
221
223
223
223
223
7.2.2. L’érosion interne du remblai vers et dans la fondation ............................................
7.2.3. L’érosion interne en fondation ..................................................................................
7.3. Critères ...............................................................................................................................
7.3.1. Méthodologie pour l’évaluation de la continuation ou l’interruption de l’érosion dans le remblai ....................................................................................................................
7.3.2. Les fonctions d’un filtre ............................................................................................
7.3.3. Critère de rétention totale des filtres granulaires .....................................................
7.3.4. Critères de continuation ...........................................................................................
7.3.5. Continuation vers la fondation ou les structures traversantes .................................
8. PROGRESSION DE L’ÉROSION ............................................................................................
8.1. Description générale du mécanisme ..................................................................................
8.1.1. Condition hydraulique ..............................................................................................
8.1.2. Condition mécanique ...............................................................................................
8.2. Phénomènes et situations ..................................................................................................
8.3. Critères ...............................................................................................................................
8.3.1. La condition de stabilité du toit du conduit ...............................................................
8.3.2. Les conditions de colmatage des fissures ...............................................................
8.3.3. Les conditions de limitation de l’écoulement ............................................................
8.3.4. Vitesse de l’érosion de conduit ................................................................................
8.3.5. Vitesse de progression du processus d’érosion interne ..........................................
9. ÉVALUATION DU RISQUE D’ÉROSION INTERNE ................................................................
9.1. Les huit étapes du diagnostic .............................................................................................
9.2. Les différentes approches ..................................................................................................
9.2.1. Approche déterministe ou fondée sur des règlements ............................................
9.2.2. Jugement de l’ingénieur ou approche qualitative .....................................................
9.2.3. Évaluation quantitative du risque .............................................................................
9.2.4. L'utilisation des trois approches ...............................................................................
9.3. Déroulement de l’évaluation ...............................................................................................
9.4. Les chargements ................................................................................................................
9.4.1. L’effet du niveau de la retenue sur l’érosion interne ................................................
9.4.2. Prise en considération des niveaux de retenue dans l’évaluation ...........................
9.4.3. Chargements sismiques à considérer ......................................................................
9.5. Les règlements et la probabilité de rupture ........................................................................
9.6. Marges de sécurité et incertitudes .....................................................................................
9.7. Relation entre propriétés du sol et érosion interne ............................................................
9.7.1. Susceptibilité du matériau, états de contrainte et chargement hydraulique ............
9.7.2. Le processus physique ............................................................................................
9.8. La collecte des données ....................................................................................................
9.9. Analyse des modes de rupture ..........................................................................................
9.10. Criblage des mécanismes potentiels de rupture ..............................................................
9.10.1. Criblage à partir du zonage et des propriétés des matériaux ................................
9.10.2. Criblage à partir de la géologie et des propriétés de sols ......................................
9.10.3. Criblage à partir des dispositifs constructifs ...........................................................
9.11. Analyse des modes de rupture potentiels ........................................................................
9.11.1. Quelques principes généraux ................................................................................
9.11.2. Quelques conseils pour évaluer le danger d’érosion par conduit ..........................
9.12. Décision entre confortement ou surveillance ...................................................................
10. RÉPARATION ........................................................................................................................
10.1. Méthodes disponibles ...............................................................................................
10.2. Les écrans d’étanchéité ............................................................................................
10.3. Les filtres ...................................................................................................................
10.3.1. Écran filtrant et recharge filtrante ...........................................................................
10.3.2. Filtres périphériques des conduites et de l’évacuateur de crue .............................
10.3.3. Parois drainantes ...................................................................................................
10.3.4. Les puits de décompression filtrants ......................................................................
7.2.2. Internal erosion of the embankment at or into the foundation .................................
7.2.3. Internal erosion in the foundation .............................................................................
7.3. Criteria for continuation ......................................................................................................
7.3.1. Assessment of continuation or interruption of erosion through the embankment ....
7.3.2. Filter functions ..........................................................................................................
7.3.4. Continuation criteria .................................................................................................
7.3.5. Continuation into an open defect, joint or crack .......................................................
8. PROGRESSION OF EROSION ...............................................................................................
8.1. Progression: the overall process ........................................................................................
8.1.1. Hydraulic condition ...................................................................................................
8.1.2. Mechanical condition ................................................................................................
8.2. Progression processes .......................................................................................................
8.3. Progression criteria ............................................................................................................
8.3.1. Soil conditions to hold the roof over developing erosion pipes ................................
8.3.2. Conditions for crack filling ........................................................................................
8.3.3. Conditions for flow limitation ....................................................................................
8.3.4. Rate of development of concentrated leaks .............................................................
8.3.5. Rate of progression of the overall process of internal erosion .................................
9. ENGINEERING ASSESSMENT OF THE VULNERABILITY OF A DAM TO INTERNAL EROSION ......................................................................................................................................
9.1. Eight steps for engineering assessment ............................................................................
9.2. Approaches to engineering assessment .............................................................................
9.2.1. Deterministic or Standards-Based Approach ...........................................................
9.2.2. Engineering Judgment .............................................................................................
9.2.3. Quantitative Risk Assessment .................................................................................
9.2.4. Use of the three approaches ....................................................................................
9.3. Engineering analysis procedure .........................................................................................
9.4. Reservoir and seismic loading conditions ..........................................................................
9.4.1. The effect of reservoir level on internal erosion .......................................................
9.4.2. Reservoir levels to be considered ............................................................................
9.4.3. Seismic loads to be considered ...............................................................................
9.5. Design standards and the likelihood of failure from internal erosion .................................
9.6. Safety margins and approximations ...................................................................................
9.7. Soil properties in relation to internal erosion ......................................................................
9.7.1. Material susceptibility, stress conditions and hydraulic load ....................................
9.7.2. The physical process ...............................................................................................
9.8. The importance of reliable information ...............................................................................
9.9. Failure modes analysis ......................................................................................................
9.10. Screening of potential failure modes ................................................................................
9.10.1. Screening of PFM on the zoning of the dam and the properties of the core and the embankment ..................................................................................................................
9.10.2. Screening on foundation geology and soil properties ............................................
9.10.3. Screening on details of the embankment and conduits and retaining walls ............
9.11. Analysis of potential failure modes ...................................................................................
9.11.1. Some general principles .........................................................................................
9.11.2. Concentrated leak erosion-some aids to judgment ...............................................
9.12. Decision making: remediation or monitoring? ..................................................................
10. REMEDIATION AND IMPROVEMENTS TO DAMS TO RESIST INTERNAL EROSION .....
10.1. Methods available ............................................................................................................
10.2. Barriers .............................................................................................................................
10.3. Filters ................................................................................................................................
10.3.1. Filter blankets and filtered berms ...........................................................................
10.3.2. Filter collars on conduits and spillway channels ....................................................
10.3.3. Filter trenches ........................................................................................................
10.3.4. Filtered relief wells .................................................................................................
14
9.4. Les chargements ................................................................................................................
9.4.1. L’effet du niveau de la retenue sur l’érosion interne ................................................
9.4.2. Prise en considération des niveaux de retenue dans l’évaluation ...........................
9.4.3. Chargements sismiques à considérer ......................................................................
9.5. Les règlements et la probabilité de rupture ........................................................................
9.6. Marges de sécurité et incertitudes .....................................................................................
9.7. Relation entre propriétés du sol et érosion interne ............................................................
9.7.1. Susceptibilité du matériau, états de contrainte et chargement hydraulique ............
9.7.2. Le processus physique ............................................................................................
9.8. La collecte des données ....................................................................................................
9.9. Analyse des modes de rupture ..........................................................................................
9.10. Criblage des mécanismes potentiels de rupture ..............................................................
9.10.1. Criblage à partir du zonage et des propriétés des matériaux ................................
9.10.2. Criblage à partir de la géologie et des propriétés de sols ......................................
9.10.3. Criblage à partir des dispositifs constructifs ...........................................................
9.11. Analyse des modes de rupture potentiels ........................................................................
9.11.1. Quelques principes généraux ................................................................................
9.11.2. Quelques conseils pour évaluer le danger d’érosion par conduit ..........................
9.12. Décision entre confortement ou surveillance ...................................................................
10. RÉPARATION ........................................................................................................................
10.1. Méthodes disponibles ...............................................................................................
10.2. Les écrans d’étanchéité ............................................................................................
10.3. Les filtres ...................................................................................................................
10.3.1. Écran filtrant et recharge filtrante ...........................................................................
10.3.2. Filtres périphériques des conduites et de l’évacuateur de crue .............................
10.3.3. Parois drainantes ...................................................................................................
10.3.4. Les puits de décompression filtrants ......................................................................
10.3.5. Filtres multicouches et capacité de drainage .........................................................
10.4. Conditions sur les conduites ............................................................................................
11. SURVEILLANCE ET AUSCULTATION ..................................................................................
11.1. Objectifs et défis de la surveillance ..................................................................................
11.2. Principes généraux ..........................................................................................................
11.2.1. La possibilité de détection et d’intervention ...........................................................
11.2.2. Quelques informations sur la cinétique de l’érosion interne ..................................
11.2.3. Revue de l’application des méthodes de surveillance ...........................................
12. MÉTHODES D’ÉVALUATION DU RISQUE DE RUPTURE PAR ÉROSION INTERNE .......
12.1. Introduction .......................................................................................................................
12.2. Procédure générale ..........................................................................................................
12.3. Estimation de la probabilité de rupture ............................................................................
12.3.1. Quelques principes généraux ................................................................................
12.3.2. L’érosion de conduit – quelques conseils pour le jugement ..................................
12.4. Méthodes d’évaluation quantitative et semi quantitative du risque ..................................
12.4.1. Méthodes basées sur les données historiques de rupture et d’incident .......................
13. GLOSSAIRE INTERNATIONAL DE L’ÉROSION INTERNE ....................................................
13.1. Terminologie de l’érosion interne .....................................................................................
13.2. Définitions relatives au calcul de la probabilité de rupture ..........................................
13.3. Définitions CIGB relatives aux barrages et aux ruptures ............................................
REFERENCES ..............................................................................................................................
FIGURES EN COULEUR ..............................................................................................................
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224
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226
226
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9.4. Les chargements ................................................................................................................
9.4.1. L’effet du niveau de la retenue sur l’érosion interne ................................................
9.4.2. Prise en considération des niveaux de retenue dans l’évaluation ...........................
9.4.3. Chargements sismiques à considérer ......................................................................
9.5. Les règlements et la probabilité de rupture ........................................................................
9.6. Marges de sécurité et incertitudes .....................................................................................
9.7. Relation entre propriétés du sol et érosion interne ............................................................
9.7.1. Susceptibilité du matériau, états de contrainte et chargement hydraulique ............
9.7.2. Le processus physique ............................................................................................
9.8. La collecte des données ....................................................................................................
9.9. Analyse des modes de rupture ..........................................................................................
9.10. Criblage des mécanismes potentiels de rupture ..............................................................
9.10.1. Criblage à partir du zonage et des propriétés des matériaux ................................
9.10.2. Criblage à partir de la géologie et des propriétés de sols ......................................
9.10.3. Criblage à partir des dispositifs constructifs ...........................................................
9.11. Analyse des modes de rupture potentiels ........................................................................
9.11.1. Quelques principes généraux ................................................................................
9.11.2. Quelques conseils pour évaluer le danger d’érosion par conduit ..........................
9.12. Décision entre confortement ou surveillance ...................................................................
10. RÉPARATION ........................................................................................................................
10.1. Méthodes disponibles ...............................................................................................
10.2. Les écrans d’étanchéité ............................................................................................
10.3. Les filtres ...................................................................................................................
10.3.1. Écran filtrant et recharge filtrante ...........................................................................
10.3.2. Filtres périphériques des conduites et de l’évacuateur de crue .............................
10.3.3. Parois drainantes ...................................................................................................
10.3.4. Les puits de décompression filtrants ......................................................................
10.3.5. Filtres multicouches et capacité de drainage .........................................................
10.4. Conditions sur les conduites ............................................................................................
11. SURVEILLANCE ET AUSCULTATION ..................................................................................
11.1. Objectifs et défis de la surveillance ..................................................................................
11.2. Principes généraux ..........................................................................................................
11.2.1. La possibilité de détection et d’intervention ...........................................................
11.2.2. Quelques informations sur la cinétique de l’érosion interne ..................................
11.2.3. Revue de l’application des méthodes de surveillance ...........................................
12. MÉTHODES D’ÉVALUATION DU RISQUE DE RUPTURE PAR ÉROSION INTERNE .......
12.1. Introduction .......................................................................................................................
12.2. Procédure générale ..........................................................................................................
12.3. Estimation de la probabilité de rupture ............................................................................
12.3.1. Quelques principes généraux ................................................................................
12.3.2. L’érosion de conduit – quelques conseils pour le jugement ..................................
12.4. Méthodes d’évaluation quantitative et semi quantitative du risque ..................................
12.4.1. Méthodes basées sur les données historiques de rupture et d’incident .......................
13. GLOSSAIRE INTERNATIONAL DE L’ÉROSION INTERNE ....................................................
13.1. Terminologie de l’érosion interne .....................................................................................
13.2. Définitions relatives au calcul de la probabilité de rupture ..........................................
13.3. Définitions CIGB relatives aux barrages et aux ruptures ............................................
REFERENCES ..............................................................................................................................
FIGURES EN COULEUR ..............................................................................................................
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251
251
261
263
264
280
9.4.1. The effect of reservoir level on internal erosion .......................................................
9.4.2. Reservoir levels to be considered ............................................................................
9.4.3. Seismic loads to be considered ...............................................................................
9.5. Design standards and the likelihood of failure from internal erosion .................................
9.6. Safety margins and approximations ...................................................................................
9.7. Soil properties in relation to internal erosion ......................................................................
9.7.1. Material susceptibility, stress conditions and hydraulic load ....................................
9.7.2. The physical process ...............................................................................................
9.8. The importance of reliable information ...............................................................................
9.9. Failure modes analysis ......................................................................................................
9.10. Screening of potential failure modes ................................................................................
9.10.1. Screening of PFM on the zoning of the dam and the properties of the core and the embankment ..................................................................................................................
9.10.2. Screening on foundation geology and soil properties ............................................
9.10.3. Screening on details of the embankment and conduits and retaining walls ............
9.11. Analysis of potential failure modes ...................................................................................
9.11.1. Some general principles .........................................................................................
9.11.2. Concentrated leak erosion-some aids to judgment ...............................................
9.12. Decision making: remediation or monitoring? ..................................................................
10. REMEDIATION AND IMPROVEMENTS TO DAMS TO RESIST INTERNAL EROSION .....
10.1. Methods available ............................................................................................................
10.2. Barriers .............................................................................................................................
10.3. Filters ................................................................................................................................
10.3.1. Filter blankets and filtered berms ...........................................................................
10.3.2. Filter collars on conduits and spillway channels ....................................................
10.3.3. Filter trenches ........................................................................................................
10.3.4. Filtered relief wells .................................................................................................
10.3.4. Filtered relief wells .................................................................................................
10.3.5. Multiple filters to provide drainage capacity ...........................................................
10.4. Condition of conduits ........................................................................................................
11. SURVEILLANCE AND MONITORING ...................................................................................
11.1. Objectives and challenges of surveillance and monitoring for timely detection of internal erosion ........................................................................................................................................
11.2. General Principle ..............................................................................................................
11.2.1. The likelihood of detection and intervention ...........................................................
11.2.2. Some Information on the rate of internal erosion ...................................................
11.2.3. A review of the applicability of methods of surveillance .........................................
12. METHODS FOR ASSESSMENT OF THE LIKELIHOOD OF FAILURE OF A DAM BY INTERNAL EROSION ...................................................................................................................
12.1. Introduction .......................................................................................................................
12.2. General Procedure ...........................................................................................................
12.3. Estimation of likelihoods of failure for potential failure modes applicable to the dam ......
12.3.1. Some general principles .........................................................................................
12.3.2. Concentrated leak erosion-some aids to judgment ...............................................
12.4. Quantitative and semi quantitative risk assessment methods .........................................
12.4.1. Methods based on historic databases of failures and incidents ............................
13. TERMINOLOGY – INTERNAL EROSION PROCESSES – INTERNATIONAL GLOSS .......
13.1. Terminology used in relation to internal erosion ..............................................................
13.2. Definitions related to the analysis of the probability of failure ..........................................
13.3. ICOLD definitions of large dam, failure, accident and incident ........................................
REFERENCES ..............................................................................................................................
COLORED FIGURES .....................................................................................................................
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AVANT-PROPOS ET REMERCIEMENTS
L’érosion interne dans les remblais et leurs fondations est une cause principale de ruptures et
d’accidents de barrages en remblai. Le risque d’érosion interne peut être diminué dans la phase projet grâce à une conception et une construction correctes du noyau et à la mise en place de filtres interceptant les écoulements à travers les remblais et les fondations.
Cependant de nombreux barrages et digues existants sont mal zonés et dépourvus de filtres ou
ont des filtres ou zones de transition qui ne répondent pas aux critères modernes de conception. Ils sont donc susceptibles de se rompre par érosion interne, avec un risque croissant dans le temps. Par conséquent, la réévaluation de la sécurité de ces barrages est une question fondamentale.
Cela a été reconnu par le Club Européen de la CIGB qui a mis en place un Groupe de Travail sur
ce problème et de nombreuses recherches ont été menées ces dernières années pour mieux comprendre les processus physiques et les mécanismes de l’érosion interne. Ce bulletin est basé sur les connaissances acquises au cours de nombreuses années de recherche avancée et sur des conceptions réussies de nouveaux projets.
Le comité de la CIGB sur les Barrages en Remblai est persuadé de l’indéniable intérêt à
rassembler des experts internationaux et des chercheurs sur ce sujet. Le président du comité a donc nommé Jean-Jacques Fry (France) et Rodney Bridle (Royaume-Uni) pour travailler, avec le Groupe de Travail du Club Européen et d’autres experts de l’érosion interne, comme Robin Fell (Australie), à la rédaction d’un bulletin de recommandations pour les professionnels chargés de l’évaluation de la sécurité des ouvrages hydrauliques.
Nous espérons que les personnes en charge de la sécurité des barrages auront librement accès à
cette publication afin de l’utiliser efficacement dans l’évaluation de la sécurité des barrages et des digues existants. Elle est également utile pour les concepteurs de nouveaux barrages et digues.
Comme l’état de l’art sur l’érosion interne des barrages, des digues et de leurs fondations est une
science évolutive, les lecteurs sont invités à rechercher dans la littérature les dernières avancées qui feront suite à la production de ce Bulletin.
Je tiens également à exprimer des remerciements particuliers au Dr. Jean-Jacques Fry, et à M.
Rodney Bridle et au Professeur émérite Robin Fell (Australie) pour avoir contribué en grande partie à la rédaction de ce bulletin, ainsi qu’aux membres du Groupe de travail du Club européen, et aux membres du comité de la CIGB pour leurs contributions dans l’élaboration du Bulletin.
JEAN-PIERRE TOURNIER, PRÉSIDENT,
COMITÉ DES BARRAGES EN REMBLAI
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FOREWORD AND ACKNOWLEDGEMENTS
Internal erosion and piping in embankments and their foundations is the main cause of failures and
accidents at embankment dams. For new dams, the potential for internal erosion can be controlled by good design and construction of the core of the dam and provision of filters to intercept seepage through the embankment and the foundations.
However many existing dams, dikes and levees were inadequately zoned and not provided with
filters or have filters or transitions which do not satisfy modern filter design criteria, and are susceptible to internal erosion failure, with a risk of internal erosion increasing with ageing. Accordingly, the reassessment of the safety of these dams is an important issue.
This has been recognized by the European Club of ICOLD which devoted a Working Group to the
problem and much research has been carried out in recent years to better understand the physical processes and mechanics of internal erosion. This has built upon the knowledge gained from many years of earlier research and successful design of new dams.
The ICOLD committee on Embankment Dams believe that there are considerable benefits in
gathering together international experts and researchers on this topic. Thus the chairman committed the members Jean-Jacques Fry (France) and Rodney Bridle (UK) to work with the Working Group of the European Club and other experts on internal erosion, like Robin Fell (Australia), to write a bulletin and give guidance for practitioners responsible for assessing the safety of water retaining structures.
We expect that the people in charge of dam safety will have free access to this publication so it can
be used effectively for the safety assessment of existing dams and dikes. It will also be useful for those designing new dams and dikes.
As the state of the art of internal erosion of dams, dikes and their foundations is an evolving
science readers should look in the literature for new developments following the production of this Bulletin.
I also wish to record special thanks to Dr Jean-Jacques Fry, Mr. Rodney Bridle and Professor
Emeritus Robin Fell for undertaking much of the drafting of this Bulletin, to members of the European Club Working Group for their inputs in developing the Bulletin, and to members of the ICOLD committee for their contributions.
JEAN-PIERRE TOURNIER, CHAIRMAN,
COMMITTEE ON EMBANKMENT DAMS
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RÉSUMÉ
L’érosion interne est l’une des principales causes de rupture des barrages en remblai. Lors de la
construction, la protection de nouveaux barrages contre l’érosion interne est assurée par le zonage et notamment la mise en œuvre de filtres (Bulletin Technique No. 95, CIGB, 1994). Cependant, de nombreux barrages sont mal zonés et ne possèdent pas de filtres, ils peuvent donc être vulnérables à l'érosion interne. D’autres barrages dotés de filtres qui ne répondent pas aux normes actuelles de conception et/ou de construction, peuvent eux aussi être vulnérables à l'érosion interne.
L’érosion interne se produit lorsque des particules de sols dans un barrage en remblai ou dans sa
fondation sont entrainées à l’aval par les écoulements. Elle commence lorsque les forces érosives imposées par la charge hydraulique dépassent la résistance à l’érosion des matériaux constituant le barrage. Les forces érosives sont directement liées au niveau de l’eau du réservoir.
La plupart des incidents d’érosion interne apparaissent au premier remplissage, mais beaucoup
surviennent pendant l’exploitation des années après le premier remplissage. Ces incidents se sont presque tous produits à un niveau de retenue jamais encore atteint, par exemple au cours de longues crues, pouvant déclencher l'érosion interne en partie supérieure et soumettre le corps du barrage à des gradients hydrauliques et vitesses plus élevés que ceux expérimentés auparavant. L’érosion peut être également causée par le vieillissement du barrage, notamment des conduites et galeries internes qui peuvent provoquer des tassements après des cycles répétés de vidange, ou de l’effet des tremblements de terre. Un autre facteur est lié au fait que certains mécanismes d’érosion interne progressent lentement, de façon épisodique, au cours des remplissages cycliques du réservoir ; il faut donc des années, voire des décennies avant que les effets de cette érosion épisodique ne fassent apparaître le moindre symptôme d’érosion interne.
Le Bulletin est en deux volumes. Le volume 1 traite principalement des processus d’érosion interne
et de l’évaluation technique de la vulnérabilité des barrages face à la rupture par érosion interne, avec un bref aperçu des équipements pour détecter l’érosion interne et des mesures à prendre pour protéger les barrages contre l’érosion interne. Il contient une liste complète de la Terminologie utilisée dans l’érosion interne. De nombreuses références sont également données, y compris des liens vers le site web de la CIGB traitant de l’érosion interne.
Le Volume 2 donne plus de détails sur les recherches associées à l’érosion interne, les essais
appropriés, la surveillance, la détection, les mesures et donne quelques exemples. Ce Volume 1 donne un énoncé du problème, expliquant pourquoi l’érosion interne est une menace
pour les barrages existants et l’importance d’évaluer la vulnérabilité des barrages face à celle-ci. Il traite du processus complet d’érosion interne depuis l’initiation, la continuation (ou son arrêt), la progression jusqu'à la rupture, sauf si l'érosion est détectée assez tôt par des systèmes de surveillance appropriés, permettant une intervention rapide afin de stopper ou ralentir le développement de la brèche ou fissure.
Les quatre mécanismes déclencheurs du processus d’érosion interne sont décrits : l’érosion de
conduit, l’érosion régressive, l’érosion de contact et la suffusion. Le Bulletin décrit ensuite les circonstances dans lesquelles chaque type d’érosion, une fois initiée, se poursuivra ou sera arrêtée par la capacité filtrante des matériaux du barrage et des fondations. Les processus de filtration, les propriétés et les règles du filtre pour évaluer la rétention des particules sont également présentés. La vitesse à laquelle l'érosion continue si elle n’est pas arrêtée est discutée. Dans de nombreux cas, la vitesse est telle que la rupture peut se produire trop rapidement pour avoir le temps de sauver les vies, les biens à l’aval et prendre des mesures correctives, en général la mise en conformité des filtres.
Une évaluation technique du processus est proposée. Cette évaluation est abordée par l’approche
déterministe, par jugement technique complété d’une évaluation qualitative et semi-quantitative du risque, ou par l’évaluation quantitative du risque. Les valeurs limites de dimensionnement sont liées au niveau d’eau critique. Il faut systématiquement prendre en compte les modes de défaillance
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EXECUTIVE SUMMARY
Internal erosion is one of the major causes of embankment dam failure. When constructing new
dams, protection against internal erosion is provided by zoning and by providing filters (ICOLD Bulletin No. 95, ICOLD, 1994). However, many existing dams are not adequately zoned and do not have filters and may therefore be vulnerable to internal erosion. Others have filters not designed and/or constructed to modern standards, they too may be vulnerable to internal erosion.
Internal erosion occurs when soil particles within an embankment dam or its foundation are carried
downstream by seepage flow. It starts when the erosive forces imposed by the hydraulic loads exceed the resistance of the materials in the dam to erosion. The erosive forces are directly related to reservoir water level.
Many internal erosion problems become apparent on first filling but most occur many years after
first filling. This is almost certainly because the dam is subject for the first time to high water levels which may initiate erosion in the upper parts of the dam. After long periods of flood flows, for example, which cause the reservoir to rise higher on the dam and/or to subject it to greater gradients and velocities of flow than it has experienced before. It may be because ageing causes deterioration of the dam, particularly of the pipes and culverts through dams but also due to on-going settlements under repeated reservoir draw downs, or from the effect of earthquakes. Another factor may be that some internal erosion mechanisms progress slowly in an episodic fashion under cyclical reservoir loading, taking years and even decades before the effects of the episodes of erosion show any of the symptoms of internal erosion.
The Bulletin is in two volumes. Volume 1 deals predominantly with internal erosion processes and
the engineering assessment of the vulnerability of a dam to failure or damage by internal erosion, with a brief oversight of monitoring for and detection of internal erosion and remediation to protect dams against internal erosion. It includes a comprehensive listing of the Terminology used in internal erosion. Many references are also given, including links to many from an ICOLD internal erosion webpage.
Volume 2 gives more details of internal erosion investigations, and appropriate testing, monitoring
and detection, and remediation, and gives case histories. This Volume 1 gives a statement of the problem, explaining why internal erosion is a threat to
existing dams and the importance of assessing the vulnerability of individual dams to it. It then goes through the overall process of erosion from initiation, through continuation (or arrest) of erosion, through progression, and on to breach, unless erosion is detected early enough by appropriate monitoring systems, to allow timely intervention to halt or slow the development of a breach and failure.
The four mechanisms through which internal erosion is initiated are described: erosion in
concentrated leaks, backward erosion, contact erosion, and suffusion. The Bulletin then describes the circumstances in which erosion, once initiated, will continue or be arrested by the filtering capability of the materials in the dam and foundations. Filtering processes, filter properties and filter rules are explained in order that the filtering capability can be assessed. The rate at which erosion continues, if it is not arrested, is discussed. In many cases, the rate is such that failure could occur too rapidly to give time to protect lives and property downstream, and some positive action should be taken, usually retrofitting filters, to prevent erosion.
An engineering assessment process is proposed. Assessment by the deterministic approach, by
engineering judgment augmented by qualitative and semi-quantitative risk assessment; or by quantitative risk assessment, is described. Critical design loads relate to critical water levels. Systematic consideration of potential failure modes is required, eliminating those in which internal erosion could not continue to failure, because of fill and foundation soil properties, the zoning of the dam and other factors, as detailed in the Bulletin.
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potentiels et éliminer ceux ne menant pas à la rupture par érosion interne, du fait des propriétés des sols des fondations et des recharges, du zonage du barrage et d’autres facteurs, comme indiqué dans ce Bulletin.
Les modes de rupture potentiels restant doivent être examinés. Des informations sont données
dans le Bulletin pour déterminer la résistance à l’érosion, le gradient hydraulique et les propriétés du sol érodé. Des informations sont également données sur la manière d’évaluer la capacité filtrante des matériaux du barrage et des fondations et leur capacité à arrêter l’érosion, à limiter l’érosion qui ne peut pas être arrêtée ou à permettre la progression de l’érosion incontrôlée.
Quelques informations sur les mesures et l’auscultation sont données pour aider à la prise de
décision lorsque l’évaluation n’a pas donné de conclusion définitive sur le risque potentiel de rupture par érosion interne. La méthode d’évaluation quantitative du risque est brièvement décrite. Cette méthode peut aussi être utilisée pour prendre en compte l'incertitude. Elle serait également souhaitable pour les barrages à risque élevé et lorsque les coûts de remise en état sont importants afin de confirmer et justifier la nécessité et l'ampleur du projet de réhabilitation.
Le tableau ci-dessous synthétise le contenu des chapitres du bulletin.
Chapitre Titre et contenu
1 INTRODUCTION : EROSION INTERNE ET SECURITE DES BARRAGES
Information et statistiques sur les ruptures causées par érosion interne de nouveaux barrages à la mise en eau et de barrages existants.
2 PANORAMA DES MECANISMES D’EROSION INTERNE
Ce chapitre décrit les étapes du processus général de rupture par érosion interne à partir des quatre mécanismes d’initiation, de la continuation ou l’interruption par filtration, la progression notamment de conduits d’érosion, la détection de l’érosion, les interventions pour stopper l’érosion et la formation de la brèche.
À noter que la formation de brèche n’est pas traitée ailleurs dans ce bulletin. Les autres étapes du processus sont détaillées dans les chapitres suivants et des références y renvoient dans le chapitre 2 pour éviter des répétitions.
3 INITIATION DE L’EROSION DE CONDUIT
Ce chapitre traite du mécanisme d’érosion de conduit à travers des fissures et des ouvertures. Il présente aussi les situations dans lesquelles de tels vides apparaissent. On dresse une liste de quatorze situations qui génèrent de tels vides et écoulements préférentiels.
4 INITIATION D’EROSION REGRESSIVE
Ce chapitre décrit plusieurs méthodes, classiques ou nouvelles, pour prédire si l’érosion régressive peut conduire ou non à la rupture. La signification des tumulus de sable est discutée. Elle introduit aussi l’érosion régressive globale.
5 INITIATION D’EROSION DE CONTACT
Ce chapitre traite de l’initiation par érosion de contact d’un sol fin situé en dessous ou au-dessus d’un sol grossier. Il fournit un diagramme montrant la vitesse de Darcy dans les sols grossiers qui initie l’érosion de contact dans des sols fins.
RÉSUMÉ
L’érosion interne est l’une des principales causes de rupture des barrages en remblai. Lors de la
construction, la protection de nouveaux barrages contre l’érosion interne est assurée par le zonage et notamment la mise en œuvre de filtres (Bulletin Technique No. 95, CIGB, 1994). Cependant, de nombreux barrages sont mal zonés et ne possèdent pas de filtres, ils peuvent donc être vulnérables à l'érosion interne. D’autres barrages dotés de filtres qui ne répondent pas aux normes actuelles de conception et/ou de construction, peuvent eux aussi être vulnérables à l'érosion interne.
L’érosion interne se produit lorsque des particules de sols dans un barrage en remblai ou dans sa
fondation sont entrainées à l’aval par les écoulements. Elle commence lorsque les forces érosives imposées par la charge hydraulique dépassent la résistance à l’érosion des matériaux constituant le barrage. Les forces érosives sont directement liées au niveau de l’eau du réservoir.
La plupart des incidents d’érosion interne apparaissent au premier remplissage, mais beaucoup
surviennent pendant l’exploitation des années après le premier remplissage. Ces incidents se sont presque tous produits à un niveau de retenue jamais encore atteint, par exemple au cours de longues crues, pouvant déclencher l'érosion interne en partie supérieure et soumettre le corps du barrage à des gradients hydrauliques et vitesses plus élevés que ceux expérimentés auparavant. L’érosion peut être également causée par le vieillissement du barrage, notamment des conduites et galeries internes qui peuvent provoquer des tassements après des cycles répétés de vidange, ou de l’effet des tremblements de terre. Un autre facteur est lié au fait que certains mécanismes d’érosion interne progressent lentement, de façon épisodique, au cours des remplissages cycliques du réservoir ; il faut donc des années, voire des décennies avant que les effets de cette érosion épisodique ne fassent apparaître le moindre symptôme d’érosion interne.
Le Bulletin est en deux volumes. Le volume 1 traite principalement des processus d’érosion interne
et de l’évaluation technique de la vulnérabilité des barrages face à la rupture par érosion interne, avec un bref aperçu des équipements pour détecter l’érosion interne et des mesures à prendre pour protéger les barrages contre l’érosion interne. Il contient une liste complète de la Terminologie utilisée dans l’érosion interne. De nombreuses références sont également données, y compris des liens vers le site web de la CIGB traitant de l’érosion interne.
Le Volume 2 donne plus de détails sur les recherches associées à l’érosion interne, les essais
appropriés, la surveillance, la détection, les mesures et donne quelques exemples. Ce Volume 1 donne un énoncé du problème, expliquant pourquoi l’érosion interne est une menace
pour les barrages existants et l’importance d’évaluer la vulnérabilité des barrages face à celle-ci. Il traite du processus complet d’érosion interne depuis l’initiation, la continuation (ou son arrêt), la progression jusqu'à la rupture, sauf si l'érosion est détectée assez tôt par des systèmes de surveillance appropriés, permettant une intervention rapide afin de stopper ou ralentir le développement de la brèche ou fissure.
Les quatre mécanismes déclencheurs du processus d’érosion interne sont décrits : l’érosion de
conduit, l’érosion régressive, l’érosion de contact et la suffusion. Le Bulletin décrit ensuite les circonstances dans lesquelles chaque type d’érosion, une fois initiée, se poursuivra ou sera arrêtée par la capacité filtrante des matériaux du barrage et des fondations. Les processus de filtration, les propriétés et les règles du filtre pour évaluer la rétention des particules sont également présentés. La vitesse à laquelle l'érosion continue si elle n’est pas arrêtée est discutée. Dans de nombreux cas, la vitesse est telle que la rupture peut se produire trop rapidement pour avoir le temps de sauver les vies, les biens à l’aval et prendre des mesures correctives, en général la mise en conformité des filtres.
Une évaluation technique du processus est proposée. Cette évaluation est abordée par l’approche
déterministe, par jugement technique complété d’une évaluation qualitative et semi-quantitative du risque, ou par l’évaluation quantitative du risque. Les valeurs limites de dimensionnement sont liées au niveau d’eau critique. Il faut systématiquement prendre en compte les modes de défaillance
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EXECUTIVE SUMMARY
Internal erosion is one of the major causes of embankment dam failure. When constructing new
dams, protection against internal erosion is provided by zoning and by providing filters (ICOLD Bulletin No. 95, ICOLD, 1994). However, many existing dams are not adequately zoned and do not have filters and may therefore be vulnerable to internal erosion. Others have filters not designed and/or constructed to modern standards, they too may be vulnerable to internal erosion.
Internal erosion occurs when soil particles within an embankment dam or its foundation are carried
downstream by seepage flow. It starts when the erosive forces imposed by the hydraulic loads exceed the resistance of the materials in the dam to erosion. The erosive forces are directly related to reservoir water level.
Many internal erosion problems become apparent on first filling but most occur many years after
first filling. This is almost certainly because the dam is subject for the first time to high water levels which may initiate erosion in the upper parts of the dam. After long periods of flood flows, for example, which cause the reservoir to rise higher on the dam and/or to subject it to greater gradients and velocities of flow than it has experienced before. It may be because ageing causes deterioration of the dam, particularly of the pipes and culverts through dams but also due to on-going settlements under repeated reservoir draw downs, or from the effect of earthquakes. Another factor may be that some internal erosion mechanisms progress slowly in an episodic fashion under cyclical reservoir loading, taking years and even decades before the effects of the episodes of erosion show any of the symptoms of internal erosion.
The Bulletin is in two volumes. Volume 1 deals predominantly with internal erosion processes and
the engineering assessment of the vulnerability of a dam to failure or damage by internal erosion, with a brief oversight of monitoring for and detection of internal erosion and remediation to protect dams against internal erosion. It includes a comprehensive listing of the Terminology used in internal erosion. Many references are also given, including links to many from an ICOLD internal erosion webpage.
Volume 2 gives more details of internal erosion investigations, and appropriate testing, monitoring
and detection, and remediation, and gives case histories. This Volume 1 gives a statement of the problem, explaining why internal erosion is a threat to
existing dams and the importance of assessing the vulnerability of individual dams to it. It then goes through the overall process of erosion from initiation, through continuation (or arrest) of erosion, through progression, and on to breach, unless erosion is detected early enough by appropriate monitoring systems, to allow timely intervention to halt or slow the development of a breach and failure.
The four mechanisms through which internal erosion is initiated are described: erosion in
concentrated leaks, backward erosion, contact erosion, and suffusion. The Bulletin then describes the circumstances in which erosion, once initiated, will continue or be arrested by the filtering capability of the materials in the dam and foundations. Filtering processes, filter properties and filter rules are explained in order that the filtering capability can be assessed. The rate at which erosion continues, if it is not arrested, is discussed. In many cases, the rate is such that failure could occur too rapidly to give time to protect lives and property downstream, and some positive action should be taken, usually retrofitting filters, to prevent erosion.
An engineering assessment process is proposed. Assessment by the deterministic approach, by
engineering judgment augmented by qualitative and semi-quantitative risk assessment; or by quantitative risk assessment, is described. Critical design loads relate to critical water levels. Systematic consideration of potential failure modes is required, eliminating those in which internal erosion could not continue to failure, because of fill and foundation soil properties, the zoning of the dam and other factors, as detailed in the Bulletin.
EXECUTIVE SUMMARY
Internal erosion is one of the major causes of embankment dam failure. When constructing new
dams, protection against internal erosion is provided by zoning and by providing filters (ICOLD Bulletin No. 95, ICOLD, 1994). However, many existing dams are not adequately zoned and do not have filters and may therefore be vulnerable to internal erosion. Others have filters not designed and/or constructed to modern standards, they too may be vulnerable to internal erosion.
Internal erosion occurs when soil particles within an embankment dam or its foundation are carried
downstream by seepage flow. It starts when the erosive forces imposed by the hydraulic loads exceed the resistance of the materials in the dam to erosion. The erosive forces are directly related to reservoir water level.
Many internal erosion problems become apparent on first filling but most occur many years after
first filling. This is almost certainly because the dam is subject for the first time to high water levels which may initiate erosion in the upper parts of the dam. After long periods of flood flows, for example, which cause the reservoir to rise higher on the dam and/or to subject it to greater gradients and velocities of flow than it has experienced before. It may be because ageing causes deterioration of the dam, particularly of the pipes and culverts through dams but also due to on-going settlements under repeated reservoir draw downs, or from the effect of earthquakes. Another factor may be that some internal erosion mechanisms progress slowly in an episodic fashion under cyclical reservoir loading, taking years and even decades before the effects of the episodes of erosion show any of the symptoms of internal erosion.
The Bulletin is in two volumes. Volume 1 deals predominantly with internal erosion processes and
the engineering assessment of the vulnerability of a dam to failure or damage by internal erosion, with a brief oversight of monitoring for and detection of internal erosion and remediation to protect dams against internal erosion. It includes a comprehensive listing of the Terminology used in internal erosion. Many references are also given, including links to many from an ICOLD internal erosion webpage.
Volume 2 gives more details of internal erosion investigations, and appropriate testing, monitoring
and detection, and remediation, and gives case histories. This Volume 1 gives a statement of the problem, explaining why internal erosion is a threat to
existing dams and the importance of assessing the vulnerability of individual dams to it. It then goes through the overall process of erosion from initiation, through continuation (or arrest) of erosion, through progression, and on to breach, unless erosion is detected early enough by appropriate monitoring systems, to allow timely intervention to halt or slow the development of a breach and failure.
The four mechanisms through which internal erosion is initiated are described: erosion in
concentrated leaks, backward erosion, contact erosion, and suffusion. The Bulletin then describes the circumstances in which erosion, once initiated, will continue or be arrested by the filtering capability of the materials in the dam and foundations. Filtering processes, filter properties and filter rules are explained in order that the filtering capability can be assessed. The rate at which erosion continues, if it is not arrested, is discussed. In many cases, the rate is such that failure could occur too rapidly to give time to protect lives and property downstream, and some positive action should be taken, usually retrofitting filters, to prevent erosion.
An engineering assessment process is proposed. Assessment by the deterministic approach, by
engineering judgment augmented by qualitative and semi-quantitative risk assessment; or by quantitative risk assessment, is described. Critical design loads relate to critical water levels. Systematic consideration of potential failure modes is required, eliminating those in which internal erosion could not continue to failure, because of fill and foundation soil properties, the zoning of the dam and other factors, as detailed in the Bulletin.
The remaining potential failure modes must then be examined. Information is given in the Bulletin
to determine the erosion resistance, the hydraulic gradients and the soil properties at which erosion will initiate. Information is also given on how to assess the filtering capability of the materials in the dam and foundation and their ability to stop erosion, allow a limited amount of erosion which would then stop, or allow erosion to continue unchecked. Some information on remediation methods and monitoring is given to assist in decision making where the assessment has not given a definite conclusion on whether damaging erosion will or will not occur at the dam. Quantitative risk assessment methods are briefly described. Such methods may also be used to resolve uncertainty, and would be advisable in the case of high hazard dams and high remediation costs to confirm and justify the need for and the scale of the proposed remediation.
The chapter headings and structure of the bulletin are presented below:
Chapter Title and content
1 INTRODUCTION: INTERNAL EROSION AND DAM SAFETY
Gives information and statistics on failures caused by internal erosion on first filling of new dams and in existing dams.
2 AN OVERVIEW OF INTERNAL EROSION MECHANISMS
This chapter describes the entire process of internal erosion from the four modes of initiation, continuation or arrest by filter action, progression and formation of erosion pipes, detection of erosion, interventions to prevent erosion, and breach formation.
Note that breach formation is not dealt with elsewhere in the Bulletin. More details all other stages of the process are given in subsequent chapters, but reference back to Figures in Chapter 2 is made to avoid repetition.
3 INITIATION OF CONCENTRATED LEAK EROSION
Deals with the mechanics of internal erosion in concentrated leaks through cracks and openings. Also addresses the circumstances and locations where such openings occur. Fourteen situations are listed in which openings and concentrated leak erosion may occur.
4 INITIATION OF BACKWARD EROSION
Describes various methods, classical and new, for predicting if backward erosion leading to failure will occur. Discusses sand boils and their significance. Also describes ‘global backward erosion’.
5 INITIATION OF CONTACT EROSION
Deals with initiation of contact erosion of fine soils above and below coarse soils. Provides chart showing Darcy velocity in coarse soils that will initiate contact erosion in fine soils.
6 INITIATION OF SUFFUSION
Describes the suffusion process in which fine particles are eroded through the constrictions in the coarse soil matrix. Gives methods to identify soils susceptible to suffusion and the seepage gradient which will cause suffusion.
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potentiels et éliminer ceux ne menant pas à la rupture par érosion interne, du fait des propriétés des sols des fondations et des recharges, du zonage du barrage et d’autres facteurs, comme indiqué dans ce Bulletin.
Les modes de rupture potentiels restant doivent être examinés. Des informations sont données
dans le Bulletin pour déterminer la résistance à l’érosion, le gradient hydraulique et les propriétés du sol érodé. Des informations sont également données sur la manière d’évaluer la capacité filtrante des matériaux du barrage et des fondations et leur capacité à arrêter l’érosion, à limiter l’érosion qui ne peut pas être arrêtée ou à permettre la progression de l’érosion incontrôlée.
Quelques informations sur les mesures et l’auscultation sont données pour aider à la prise de
décision lorsque l’évaluation n’a pas donné de conclusion définitive sur le risque potentiel de rupture par érosion interne. La méthode d’évaluation quantitative du risque est brièvement décrite. Cette méthode peut aussi être utilisée pour prendre en compte l'incertitude. Elle serait également souhaitable pour les barrages à risque élevé et lorsque les coûts de remise en état sont importants afin de confirmer et justifier la nécessité et l'ampleur du projet de réhabilitation.
Le tableau ci-dessous synthétise le contenu des chapitres du bulletin.
Chapitre Titre et contenu
1 INTRODUCTION : EROSION INTERNE ET SECURITE DES BARRAGES
Information et statistiques sur les ruptures causées par érosion interne de nouveaux barrages à la mise en eau et de barrages existants.
2 PANORAMA DES MECANISMES D’EROSION INTERNE
Ce chapitre décrit les étapes du processus général de rupture par érosion interne à partir des quatre mécanismes d’initiation, de la continuation ou l’interruption par filtration, la progression notamment de conduits d’érosion, la détection de l’érosion, les interventions pour stopper l’érosion et la formation de la brèche.
À noter que la formation de brèche n’est pas traitée ailleurs dans ce bulletin. Les autres étapes du processus sont détaillées dans les chapitres suivants et des références y renvoient dans le chapitre 2 pour éviter des répétitions.
3 INITIATION DE L’EROSION DE CONDUIT
Ce chapitre traite du mécanisme d’érosion de conduit à travers des fissures et des ouvertures. Il présente aussi les situations dans lesquelles de tels vides apparaissent. On dresse une liste de quatorze situations qui génèrent de tels vides et écoulements préférentiels.
4 INITIATION D’EROSION REGRESSIVE
Ce chapitre décrit plusieurs méthodes, classiques ou nouvelles, pour prédire si l’érosion régressive peut conduire ou non à la rupture. La signification des tumulus de sable est discutée. Elle introduit aussi l’érosion régressive globale.
5 INITIATION D’EROSION DE CONTACT
Ce chapitre traite de l’initiation par érosion de contact d’un sol fin situé en dessous ou au-dessus d’un sol grossier. Il fournit un diagramme montrant la vitesse de Darcy dans les sols grossiers qui initie l’érosion de contact dans des sols fins.
6 INITIATION DE LA SUFFUSION
Ce chapitre décrit le mécanisme de suffusion où les particules fines sont érodées à travers les constrictions de la matrice du sol grossier. Il donne des méthodes pour identifier les sols sensibles à la suffusion et pour évaluer le gradient hydraulique qui déclenche la suffusion.
7 CONTINUATION OU INTERRUPTION DE L’EROSION PAR FILTRATION
Si l’érosion s’est initiée, elle peut soit continuer, soit être stoppée par la filtration provoquée par les matériaux situés à l’aval dans le barrage ou sa fondation. Les lois de filtre ainsi que les méthodes d’évaluation de la capacité de filtration de matériaux plus grossiers que les filtres habituels sont rappelées. Des méthodes pour estimer si ces ‘filtres’ tiendront ou non une fissure ouverte’ (et en conséquence ne pourront arrêter l’érosion) sont aussi évoquées.
8 PROGRESSION DE L’EROSION
Les deux conditions, hydraulique et mécanique, nécessaires à la progression de l’érosion sont données. Les moyens d’évaluer la progression de l’érosion des écoulements préférentiels, la cinétique de progression et les autres formes d’érosion sont discutés.
La progression peut conduire à la rupture, qui est l’étape ultime du processus d’érosion. Le mécanisme de formation de brèche n’est évoqué que dans le Chapitre 2.
9 EVALUATION DU RISQUE D’EROSION INTERNE
Ce chapitre développe les huit étapes de la méthodologie d’évaluation du risque de rupture par érosion interne. Trois approches sont possibles : une approche déterministe ou à base de règlements, un diagnostic basé sur le jugement de l’ingénieur et s’appuyant aussi loin que possible sur des critères quantifiables ou bien l’analyse de risque quantitative (AQR).
Il est recommandé d’appliquer ces trois approches par étape, en utilisant d’abord les données disponibles et en entreprenant de nouvelles reconnaissances, si des informations supplémentaires renforçaient la solidité du diagnostic de la tenue du barrage à l’érosion interne. Les situations de chargement, les critères de conception et l’importance de la fiabilité des données au sujet de la géométrie, notamment le zonage, et les caractéristiques des matériaux du remblai et de la fondation sont discutés. L’identification du mode de rupture, l’analyse et le criblage des chemins d’érosion pouvant amener l’initiation, la continuation puis la progression de l’érosion interne à la rupture sont expliqués. Des éléments d’aide à la décision de parades à l’érosion ou de fiabilité de l’auscultation sont cités.
10 REPARATION
Ce chapitre introduit les options de réparation en appui à l’aide à la décision du diagnostic de risque d’érosion interne d’un barrage. Ces réparations sont principalement les écrans d’étanchéité et les filtres. L’importance de maintenir les conduites traversantes en bon état est soulignée. Ce point est développé dans le Volume 2 du bulletin.
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The remaining potential failure modes must then be examined. Information is given in the Bulletin to determine the erosion resistance, the hydraulic gradients and the soil properties at which erosion will initiate. Information is also given on how to assess the filtering capability of the materials in the dam and foundation and their ability to stop erosion, allow a limited amount of erosion which would then stop, or allow erosion to continue unchecked. Some information on remediation methods and monitoring is given to assist in decision making where the assessment has not given a definite conclusion on whether damaging erosion will or will not occur at the dam. Quantitative risk assessment methods are briefly described. Such methods may also be used to resolve uncertainty, and would be advisable in the case of high hazard dams and high remediation costs to confirm and justify the need for and the scale of the proposed remediation.
The chapter headings and structure of the bulletin are presented below:
Chapter Title and content
1 INTRODUCTION: INTERNAL EROSION AND DAM SAFETY
Gives information and statistics on failures caused by internal erosion on first filling of new dams and in existing dams.
2 AN OVERVIEW OF INTERNAL EROSION MECHANISMS
This chapter describes the entire process of internal erosion from the four modes of initiation, continuation or arrest by filter action, progression and formation of erosion pipes, detection of erosion, interventions to prevent erosion, and breach formation.
Note that breach formation is not dealt with elsewhere in the Bulletin. More details all other stages of the process are given in subsequent chapters, but reference back to Figures in Chapter 2 is made to avoid repetition.
3 INITIATION OF CONCENTRATED LEAK EROSION
Deals with the mechanics of internal erosion in concentrated leaks through cracks and openings. Also addresses the circumstances and locations where such openings occur. Fourteen situations are listed in which openings and concentrated leak erosion may occur.
4 INITIATION OF BACKWARD EROSION
Describes various methods, classical and new, for predicting if backward erosion leading to failure will occur. Discusses sand boils and their significance. Also describes ‘global backward erosion’.
5 INITIATION OF CONTACT EROSION
Deals with initiation of contact erosion of fine soils above and below coarse soils. Provides chart showing Darcy velocity in coarse soils that will initiate contact erosion in fine soils.
6 INITIATION OF SUFFUSION
Describes the suffusion process in which fine particles are eroded through the constrictions in the coarse soil matrix. Gives methods to identify soils susceptible to suffusion and the seepage gradient which will cause suffusion.
7 CONTINUATION OR INTERRUPTION OF EROSION BY FILTER ACTION
If erosion has initiated it may continue or it may be interrupted or arrested by filtering action in downstream materials in the dam or foundation. Various filter rules are given, and methods to predict the filtering capability of materials coarser than filter rules would require. Methods to assess whether these ‘filters’ will or will not ‘hold a crack’ (and therefore not arrest erosion) are also given.
8 PROGRESSION OF EROSION
The two conditions, hydraulic and mechanical, in which erosion will progress are given. Approaches to assessing if internal erosion will progress in concentrated leaks, and the rate of progression in concentrated leaks and other forms of internal erosion are discussed.
Progression may lead to breach, the final stage of the internal erosion process. Breach formation is dealt with only in Chapter 2.
9 ENGINEERING ASSESSMENT OF THE VULNERABILITY OF A DAM TO INTERNAL EROSION
Describes the eight steps to failure by internal erosion and approaches to making an engineering assessment of internal erosion. Three approaches are suggested, a deterministic or standards based approach, an engineering judgment approach supported by enumeration as far as possible, or quantitative risk assessment (QRA). It is recommended that the three approaches be used iteratively, making use of available information first and carrying out further investigations if more data will assist in making more definite decisions about the vulnerability of a dam to internal erosion. Loading conditions, design standards, and the importance of reliable information about the dam’s geometry, particularly zoning, and the properties of the soils in the dam and foundation are discussed. Failure mode identification, analysis, and screening to identify potential failure routes in which internal erosion could initiate, continue and progress is explained. Approaches to assist in decision making about the need for anti-erosion measures or reliance on monitoring are given.
10 REMEDIATION AND IMPROVEMENTS TO DAMS TO RESIST INTERNAL EROSION
This chapter gives an introduction to remediation options to assist in decision-making to conclude engineering assessments of the vulnerability of a dam to internal erosion. The main options - barriers and filters - are described. The importance of maintaining conduits through dams in good condition is explained. More is said about remediation in Volume 2 of the Bulletin.
11 SURVEILLANCE AND MONITORING
This chapter gives an introduction to monitoring options to assist in decision-making when making engineering assessments. The objectives and challenges of monitoring to give early warnings of internal erosion are discussed. Information on the rate of progression of internal erosion is given. Monitoring methods are listed and reviewed. More is said about monitoring in Volume 2 of the Bulletin.
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6 INITIATION DE LA SUFFUSION
Ce chapitre décrit le mécanisme de suffusion où les particules fines sont érodées à travers les constrictions de la matrice du sol grossier. Il donne des méthodes pour identifier les sols sensibles à la suffusion et pour évaluer le gradient hydraulique qui déclenche la suffusion.
7 CONTINUATION OU INTERRUPTION DE L’EROSION PAR FILTRATION
Si l’érosion s’est initiée, elle peut soit continuer, soit être stoppée par la filtration provoquée par les matériaux situés à l’aval dans le barrage ou sa fondation. Les lois de filtre ainsi que les méthodes d’évaluation de la capacité de filtration de matériaux plus grossiers que les filtres habituels sont rappelées. Des méthodes pour estimer si ces ‘filtres’ tiendront ou non une fissure ouverte’ (et en conséquence ne pourront arrêter l’érosion) sont aussi évoquées.
8 PROGRESSION DE L’EROSION
Les deux conditions, hydraulique et mécanique, nécessaires à la progression de l’érosion sont données. Les moyens d’évaluer la progression de l’érosion des écoulements préférentiels, la cinétique de progression et les autres formes d’érosion sont discutés.
La progression peut conduire à la rupture, qui est l’étape ultime du processus d’érosion. Le mécanisme de formation de brèche n’est évoqué que dans le Chapitre 2.
9 EVALUATION DU RISQUE D’EROSION INTERNE
Ce chapitre développe les huit étapes de la méthodologie d’évaluation du risque de rupture par érosion interne. Trois approches sont possibles : une approche déterministe ou à base de règlements, un diagnostic basé sur le jugement de l’ingénieur et s’appuyant aussi loin que possible sur des critères quantifiables ou bien l’analyse de risque quantitative (AQR).
Il est recommandé d’appliquer ces trois approches par étape, en utilisant d’abord les données disponibles et en entreprenant de nouvelles reconnaissances, si des informations supplémentaires renforçaient la solidité du diagnostic de la tenue du barrage à l’érosion interne. Les situations de chargement, les critères de conception et l’importance de la fiabilité des données au sujet de la géométrie, notamment le zonage, et les caractéristiques des matériaux du remblai et de la fondation sont discutés. L’identification du mode de rupture, l’analyse et le criblage des chemins d’érosion pouvant amener l’initiation, la continuation puis la progression de l’érosion interne à la rupture sont expliqués. Des éléments d’aide à la décision de parades à l’érosion ou de fiabilité de l’auscultation sont cités.
10 REPARATION
Ce chapitre introduit les options de réparation en appui à l’aide à la décision du diagnostic de risque d’érosion interne d’un barrage. Ces réparations sont principalement les écrans d’étanchéité et les filtres. L’importance de maintenir les conduites traversantes en bon état est soulignée. Ce point est développé dans le Volume 2 du bulletin.
11 SURVEILLANCE ET AUSCULTATION
Ce chapitre introduit les solutions d’auscultation comme aide à la décision du diagnostic. Les objectifs et les défis de l’auscultation pour une détection précoce de l’érosion interne sont discutés. Des données sur la cinétique de la progression de l’érosion interne sont fournies. Les méthodes d’auscultation sont listées et passées en revue. On donne plus de détails dans le Volume 2 de ce Bulletin.
12 METHODES D’EVALUATION DU RISQUE DE RUPTURE
Ce chapitre introduit les principales méthodes d’évaluation qualitatives ou quantitatives du risque d’érosion interne à utiliser comme aide à la décision dans les diagnostics.
13 TERMINOLOGIE DU PROCESSUS D’EROSION INTERNE – GLOSSAIRE INTERNATIONAL
La plupart des termes couramment utilisés dans le domaine de l’érosion interne sont définis dans le but de promouvoir un langage commun à la profession.
REFERENCES
Liste détaillée de références sur l’érosion interne jusqu’en 2012.
25
7 CONTINUATION OR INTERRUPTION OF EROSION BY FILTER ACTION
If erosion has initiated it may continue or it may be interrupted or arrested by filtering action in downstream materials in the dam or foundation. Various filter rules are given, and methods to predict the filtering capability of materials coarser than filter rules would require. Methods to assess whether these ‘filters’ will or will not ‘hold a crack’ (and therefore not arrest erosion) are also given.
8 PROGRESSION OF EROSION
The two conditions, hydraulic and mechanical, in which erosion will progress are given. Approaches to assessing if internal erosion will progress in concentrated leaks, and the rate of progression in concentrated leaks and other forms of internal erosion are discussed.
Progression may lead to breach, the final stage of the internal erosion process. Breach formation is dealt with only in Chapter 2.
9 ENGINEERING ASSESSMENT OF THE VULNERABILITY OF A DAM TO INTERNAL EROSION
Describes the eight steps to failure by internal erosion and approaches to making an engineering assessment of internal erosion. Three approaches are suggested, a deterministic or standards based approach, an engineering judgment approach supported by enumeration as far as possible, or quantitative risk assessment (QRA). It is recommended that the three approaches be used iteratively, making use of available information first and carrying out further investigations if more data will assist in making more definite decisions about the vulnerability of a dam to internal erosion. Loading conditions, design standards, and the importance of reliable information about the dam’s geometry, particularly zoning, and the properties of the soils in the dam and foundation are discussed. Failure mode identification, analysis, and screening to identify potential failure routes in which internal erosion could initiate, continue and progress is explained. Approaches to assist in decision making about the need for anti-erosion measures or reliance on monitoring are given.
10 REMEDIATION AND IMPROVEMENTS TO DAMS TO RESIST INTERNAL EROSION
This chapter gives an introduction to remediation options to assist in decision-making to conclude engineering assessments of the vulnerability of a dam to internal erosion. The main options - barriers and filters - are described. The importance of maintaining conduits through dams in good condition is explained. More is said about remediation in Volume 2 of the Bulletin.
11 SURVEILLANCE AND MONITORING
This chapter gives an introduction to monitoring options to assist in decision-making when making engineering assessments. The objectives and challenges of monitoring to give early warnings of internal erosion are discussed. Information on the rate of progression of internal erosion is given. Monitoring methods are listed and reviewed. More is said about monitoring in Volume 2 of the Bulletin.
12 METHODS FOR ASSESSMENT OF THE LIKELIHOOD OF FAILURE OF A DAM BY INTERNAL EROSION
Gives an introduction to the main methods of qualitative and quantitative risk assessment for use as a further aid to decision-making when making engineering assessments.
13 TERMINOLOGY – INTERNAL EROSION PROCESSES – INTERNATIONAL GLOSSARY
Many of the terms commonly used in internal erosion are defined with the intention of encouraging the same usage by all practitioners
REFERENCES
A comprehensive list of internal erosion references to 2011-12.
26
__________________________________________________________________________ 1
-
-
-
et al
et al et al et al
__________________________________________________________________________ 2
27
1
-
-
-
28
__________________________________________________________________________ 2
__________________________________________________________________________ 3
--
-
et al
et al
29
1
-
-
-
2
30
__________________________________________________________________________ 3
--
-
et al
et al
31
2
3
--
-
32
__________________________________________________________________________ 4
et al
et al
et al
et al
33
4
et al
et al
34
__________________________________________________________________________ 5
Reservoirs Act
Bureau of Reclamation
et al
35
4
et al
et al
5
36
__________________________________________________________________________ 6
2.1.1 Arrachement et transport
2.1.2. Les 4 principaux chemins
2.1.3. Les 4 phases du processus
37
6
2.1.1. Particle detachment and transport
2.1.2. The four general failure paths
2.1.3. The four general phases
38
__________________________________________________________________________ 6
2.1.1 Arrachement et transport
2.1.2. Les 4 principaux chemins
2.1.3. Les 4 phases du processus
__________________________________________________________________________ 7
2.2.1. L’érosion de conduit
39
6
2.1.1. Particle detachment and transport
2.1.2. The four general failure paths
2.1.3. The four general phases
7
40
__________________________________________________________________________ 7
2.2.1. L’érosion de conduit
__________________________________________________________________________ 8
41
7
8
2.2.1. Concentrated leaks
42
__________________________________________________________________________ 9
et al et al
et al
43
9
et al et al
et al
2.2.2. Backward erosion
44
__________________________________________________________________________ 10
2.2.2. L’érosion régressive
-
-
L’érosion de fondations sableuses à l’abri d’un « toit »
__________________________________________________________________________ 11
L’érosion régressive globale
L’érosion regressive globale à partir de la pente aval
2.2.3. L’érosion de contact
4510
-
-
Backward erosion piping in sandy foundations below a roof
9
et al et al
et al
2.2.2. Backward erosion
46
__________________________________________________________________________ 11
L’érosion régressive globale
L’érosion regressive globale à partir de la pente aval
2.2.3. L’érosion de contact
47
11
Global backward erosion
Global backward erosion at downstream face
48
__________________________________________________________________________ 11
L’érosion régressive globale
L’érosion regressive globale à partir de la pente aval
2.2.3. L’érosion de contact
__________________________________________________________________________ 12
et al
2.2.4. Suffusion
49
12
2.2.3. Contact erosion
et al
2.2.4. Suffusion
50
__________________________________________________________________________ 13
et al
5113
12
2.2.3. Contact erosion
et al
2.2.4. Suffusion
52
__________________________________________________________________________ 14
----
__________________________________________________________________________ 15
-
-
-
-
-
53
14
----
15
-
-
-
--
54
__________________________________________________________________________ 15
-
-
-
-
-
__________________________________________________________________________ 16
55
15
-
-
-
--
56
__________________________________________________________________________ 16
__________________________________________________________________________ 17
et al
57
16
58
__________________________________________________________________________ 17
et al
__________________________________________________________________________ 18
--
---
et al
59
17
et al
--
---
60
__________________________________________________________________________ 18
--
---
et al
61
18
62
__________________________________________________________________________ 19
Le Tableau 6 liste en fonction du type de barrage, les mécanismes de rupture par érosion interne
dans le remblai dû à des fissures ou des zones peu compactées. Le Tableau 6 s’applique également à l’érosion interne dans les fondations. La Fig. 10 dans la section 2.4 représente les types de barrage zoné.
Le Tableau 6 ne prend pas en compte les modes de ruptures provoqués par l’ouverture ou le
remplissage des fissures dans la fondation rocheuse, car le débit peut excéder la capacité de drainage de la recharge aval.
Tableau 6
Dépistage des mécanismes de ruptures fonction du zonage (cf. Fig. 9) (Foster et al, 2008)
Type de barrage (voir Fig. 10)
Mécanismes de rupture Élargissement du
renard Instabilité de talus Surverse due au tassement
Déchaussement du talus aval
0 Barrage homogène * Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
1 Barrage en terre avec filtres *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
2 Barrage en terre avec pied en enrochement *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
3 Barrage en terre zoné
avec recharge en sable et grave
Exclus, sauf si le remblai aval peut
former un toit
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
4 Barrage zone en terre et enrochement
Exclus, sauf si le remblai aval peut
former un toit *
5 Barrage en enrochement avec un noyau central en
terre
Exclus, sauf si le remblai aval peut former un toit
Exclus, sauf si la stabilité du barrage est marginale
*
6 Barrage en terre à masque amont en béton *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
7 Barrage d’enrochement à masque amont en béton Exclus
Exclus, sauf si le gravier du barrage est de faible perméabilité
* Exclus
8 Noyau d’argile corroyée * Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
9 Barrage en terre avec noyau en béton Exclus *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
10 Barrage en enrochement avec noyau
en béton Exclus
Exclus, sauf si la stabilité du barrage est marginale
*
11 Barrage par remblayage hydraulique
Exclus, sauf si le remblai aval peut
former un toit *
Légende : Exclus : Il ne s’agit pas d’un mécanisme de rupture potentiel Mécanisme potentiel de rupture * Mécanisme potentiel de rupture : généralement le plus critique
L’érosion interne par le processus de suffusion n’aboutit généralement pas à la formation d’un
conduit à travers le barrage ou sa fondation, en l’absence de claquage hydraulique. La probabilité de rupture par élargissement du conduit est donc faible.
Cependant il y a des situations où la suffusion peut mener à des pressions interstitielles
élevées en pied aval de la digue pouvant causer un claquage hydraulique du pied ou de la berme de recouvrement. La suffusion aboutit alors à une rupture critique par instabilité de talus ou déchaussement bien que les probabilités estimées soient généralement relativement faibles.
Il faut noter que les mécanismes de rupture sont uniquement traités dans cette section (2.7),
et ne sont pas traitées ailleurs dans le Bulletin.
__________________________________________________________________________ 19
__________________________________________________________________________ 19
Le Tableau 6 liste en fonction du type de barrage, les mécanismes de rupture par érosion interne
dans le remblai dû à des fissures ou des zones peu compactées. Le Tableau 6 s’applique également à l’érosion interne dans les fondations. La Fig. 10 dans la section 2.4 représente les types de barrage zoné.
Le Tableau 6 ne prend pas en compte les modes de ruptures provoqués par l’ouverture ou le
remplissage des fissures dans la fondation rocheuse, car le débit peut excéder la capacité de drainage de la recharge aval.
Tableau 6
Dépistage des mécanismes de ruptures fonction du zonage (cf. Fig. 9) (Foster et al, 2008)
Type de barrage (voir Fig. 10)
Mécanismes de rupture Élargissement du
renard Instabilité de talus Surverse due au tassement
Déchaussement du talus aval
0 Barrage homogène * Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
1 Barrage en terre avec filtres *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
2 Barrage en terre avec pied en enrochement *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
3 Barrage en terre zoné
avec recharge en sable et grave
Exclus, sauf si le remblai aval peut
former un toit
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
4 Barrage zone en terre et enrochement
Exclus, sauf si le remblai aval peut
former un toit *
5 Barrage en enrochement avec un noyau central en
terre
Exclus, sauf si le remblai aval peut former un toit
Exclus, sauf si la stabilité du barrage est marginale
*
6 Barrage en terre à masque amont en béton *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
7 Barrage d’enrochement à masque amont en béton Exclus
Exclus, sauf si le gravier du barrage est de faible perméabilité
* Exclus
8 Noyau d’argile corroyée * Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
9 Barrage en terre avec noyau en béton Exclus *
Exclus, sauf si le remblai aval est sans cohésion
10 Barrage en enrochement avec noyau
en béton Exclus
Exclus, sauf si la stabilité du barrage est marginale
*
11 Barrage par remblayage hydraulique
Exclus, sauf si le remblai aval peut
former un toit *
Légende : Exclus : Il ne s’agit pas d’un mécanisme de rupture potentiel Mécanisme potentiel de rupture * Mécanisme potentiel de rupture : généralement le plus critique
L’érosion interne par le processus de suffusion n’aboutit généralement pas à la formation d’un
conduit à travers le barrage ou sa fondation, en l’absence de claquage hydraulique. La probabilité de rupture par élargissement du conduit est donc faible.
Cependant il y a des situations où la suffusion peut mener à des pressions interstitielles
élevées en pied aval de la digue pouvant causer un claquage hydraulique du pied ou de la berme de recouvrement. La suffusion aboutit alors à une rupture critique par instabilité de talus ou déchaussement bien que les probabilités estimées soient généralement relativement faibles.
Il faut noter que les mécanismes de rupture sont uniquement traités dans cette section (2.7),
et ne sont pas traitées ailleurs dans le Bulletin.
63
18
Table 6 Screening of breach mechanisms for internal erosion related to the zoning type (see Fig. 9)
(Fell et al, 2008)
Dam Zoning Type (refer to Fig. 10)
Breach Mechanisms
Gross Enlargement Slope instability Overtopping by settlement
Unraveling of the
downstream face
0 Homogeneous earthfill * Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
1 Earthfill with filters * Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
2 Earthfill with rockfill toe * Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
3 Zoned earthfill Exclude, except if
downstream fill can support a roof
Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
4 Zoned earthfill and rockfill
Exclude, except if downstream fill can
support a roof *
5 Central core earth and rockfill (or gravel shells)
Exclude, except if downstream fill can
support a roof
Exclude, except if existing dam has marginal stability
*
6 Concrete face earthfill * Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
7 Concrete face rockfill (including gravel fill) Exclude
Exclude, except if dam is gravel of low
permeability * Exclude
8 Puddle core earthfill * Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
9 Earthfill with corewall Exclude * Exclude, except if downstream fill is
cohesionless
10 Rockfill with corewall Exclude Exclude, except if existing dam has marginal stability
*
11 Hydraulic fill Exclude, except if
downstream fill can support a roof
*
Key: Exclude: Not a potential breach mechanism Potential breach mechanism * Potential breach mechanism: usually the more critical one
19
et al
64
__________________________________________________________________________ 20
-
-
-
--
3.2.1. Fissures et claquage hydraulique dus au tassement différentiel rive à rive
et al et al
et al
et al
__________________________________________________________________________ 21
3.2.2. Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge de rive à rive
et al
3.2.3. Fissures et claquage hydraulique dus au tassement différentiel de la fondation sous le noyau
et al
3.2.4 Petites irrégularités du profil de fondation sous le noyau
3.2.5 Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge du noyau sur les recharges du barrage
et al et al
et al
65
20
-
-
-
--
3.2.1. Cracking and hydraulic fracture due to cross valley differential settlement of the core
et al et al
et al
et al
21
3.2.2. Cracking and hydraulic fracture due to cross valley arching
3.2.3. Cracking and hydraulic fracture due to differential settlement in the foundation under the core
et al
3.2.4. Cracking and hydraulic fracture due to small scale irregularities in the foundation profile under the core
3.2.5. Cracking and hydraulic fracture due to arching of the core onto the shoulders of the embankment
3.2.6. Crack or gap adjacent to a spillway or abutment walls and where concrete dams abut embankment dams
66
__________________________________________________________________________ 21
3.2.2. Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge de rive à rive
et al
3.2.3. Fissures et claquage hydraulique dus au tassement différentiel de la fondation sous le noyau
et al
3.2.4 Petites irrégularités du profil de fondation sous le noyau
3.2.5 Fissures et claquage hydraulique dus au report de charge du noyau sur les recharges du barrage
et al et al
et al
67
21
3.2.2. Cracking and hydraulic fracture due to cross valley arching
3.2.3. Cracking and hydraulic fracture due to differential settlement in the foundation under the core
et al
3.2.4. Cracking and hydraulic fracture due to small scale irregularities in the foundation profile under the core
3.2.5. Cracking and hydraulic fracture due to arching of the core onto the shoulders of the embankment
3.2.6. Crack or gap adjacent to a spillway or abutment walls and where concrete dams abut embankment dams
68
__________________________________________________________________________ 22
3.2.6 Fissures ou ouvertures le long de bajoyers d’évacuateur, murs de soutènement et raccordement à un barrage en béton
3.2.7. Érosion interne associée aux conduites traversantes
et al
69
22
3.2.7. Internal erosion associated with conduits embedded in the embankment
et al
-
21
3.2.2. Cracking and hydraulic fracture due to cross valley arching
3.2.3. Cracking and hydraulic fracture due to differential settlement in the foundation under the core
et al
3.2.4. Cracking and hydraulic fracture due to small scale irregularities in the foundation profile under the core
3.2.5. Cracking and hydraulic fracture due to arching of the core onto the shoulders of the embankment
3.2.6. Crack or gap adjacent to a spillway or abutment walls and where concrete dams abut embankment dams
70
__________________________________________________________________________ 23
-et al.
et al
-
-
-
“Conduits through Embankment Dams, best practices for design, construction, problem identification and evaluation, inspection, maintenance, renovation and repair
et al
3.2.8. Fissures ou claquage hydraulique suite à l’effondrement de couches saturées faiblement compactées de sols cohésifs ou de sols grossiers silteux
et al
-
-
et al
__________________________________________________________________________ 24
3.2.9. Fissures de dessiccation
The International Levee Handbook et al
3.2.10. Fissures transversales suite à un tassement sismique
et al,et al
3.2.11. Fissures ou couches de grande perméabilité causées par le gel
et al
71
22
3.2.7. Internal erosion associated with conduits embedded in the embankment
et al
-
23
-
-
-
3.2.8. Cracking or hydraulic fracture resulting from collapse of poorly compacted layers in cohesive soils or in broadly graded silty soils
et al
-
-
3.2.9. Cracking due to desiccation
72
__________________________________________________________________________ 24
3.2.9. Fissures de dessiccation
The International Levee Handbook et al
3.2.10. Fissures transversales suite à un tassement sismique
et al,et al
3.2.11. Fissures ou couches de grande perméabilité causées par le gel
et al
__________________________________________________________________________ 25
et al
et al
et al
et al
3.2.12. Érosion interne initiées par des terriers d’animaux
“Impacts of animals on Earthen Dams, FEMA Report 473
73
23
-
-
-
3.2.8. Cracking or hydraulic fracture resulting from collapse of poorly compacted layers in cohesive soils or in broadly graded silty soils
et al
-
-
3.2.9. Cracking due to desiccation
24
3.2.10. Transverse cracking caused by settlement during earthquakes
3.2.11. Cracking or high permeability layers due to freezing
et al
et al
et al
74
__________________________________________________________________________ 25
et al
et al
et al
et al
3.2.12. Érosion interne initiées par des terriers d’animaux
“Impacts of animals on Earthen Dams, FEMA Report 473
__________________________________________________________________________ 26
3.2.13. Érosion interne initiées par la végétation
--
-
--
Technical Manual for Dam Owners, Impacts of Plants on Earthen damset al
3.2.14. Importance des conduites, des bajoyers d’évacuateurs, des mécanismes de fissuration et des zones mal compactées
et al
--
et al
3.3.1. La procédure
75
25
et al
et al
et al
3.2.12. Internal erosion initiated by the effects of animal burrows
3.2.13. Internal erosion initiated by the effects of vegetation
--
26
-
--
et al
3.2.14. Relative importance of conduits, spillway walls, cracking mechanisms, and poorly compacted zones
et al
--
et al
3.3.1. The procedure
76
__________________________________________________________________________ 26
3.2.13. Érosion interne initiées par la végétation
--
-
--
Technical Manual for Dam Owners, Impacts of Plants on Earthen damset al
3.2.14. Importance des conduites, des bajoyers d’évacuateurs, des mécanismes de fissuration et des zones mal compactées
et al
--
et al
3.3.1. La procédure
__________________________________________________________________________ 27
3.3.2. Estimation de la largeur et de la profondeur d’une fissure
et al et al
et al
77
26
-
--
et al
3.2.14. Relative importance of conduits, spillway walls, cracking mechanisms, and poorly compacted zones
et al
--
et al
3.3.1. The procedure
27
3.3.2. Estimation of width and depth of cracks
78
__________________________________________________________________________ 27
3.3.2. Estimation de la largeur et de la profondeur d’une fissure
et al et al
et al
__________________________________________________________________________ 28
79
27
3.3.2. Estimation of width and depth of cracks
80
__________________________________________________________________________ 29
3.3.3. Estimation de la contrainte de cisaillement hydraulique
et al
-----
LdgH f
wLWHWgH
f
fw
81
28
3.3.3. The estimation of hydraulic shear stresses in cracks and erosion pipes
et al
-----
LdgH f
wLWHWgH
f
fw
82
__________________________________________________________________________ 30
w
g
fHLdW
3.3.4. Estimation de la résistance à l’érosion d’un noyau de barrage
et al
__________________________________________________________________________ 31
et al
et al
et al
83
29
w
g
fHLdW
3.3.4. Estimation of erosion resistance of dam cores
84
__________________________________________________________________________ 31
et al
et al
et al
__________________________________________________________________________ 30
En l’absence de valeurs provenant d’essais en laboratoire, l’Indice de cinétique d’érosion
représentatif (ĨHET) peut être approximativement estimé à partir des propriétés du sol. Le Tableau 10 a été conçu à partir de données d’essais en laboratoire pour donner une première approximation des valeurs probables de l’ĨHET en fonction de la classification du sol non-dispersif.
Tableau 10
Indice de cinétique d’érosion représentatif (ĨHET) en fonction de la classification des sols non-dispersifs basée sur Wan et Fell (2002)
Classification Unifiée des Sols
Indice de cinétique d’érosion représentatif (ĨHET) Minimum Possible Meilleure Estimation Maximum Possible
SM avec < 30% fines 1 <2 2.5 SM avec > 30% fines <2 2 à 3 3.5 SC avec < 30% fines <2 2 à 3 3.5 SC avec >30% fines 2 3 4
ML 2 2 à 3 3 CL-ML 2 3 4
CL 3 3 à 4 4.5 CL-CH 3 4 5
MH 3 3 à 4 4.5 CH avec une Limite de Liquidité < 65% 3 4 5 CH avec une Limite de Liquidité > 65% 4 5 6
Notes : (1) Utiliser la valeur de la Meilleure Estimation pour obtenir de meilleures probabilités. Vérifier la cohérence si le résultat est très éloigné. (2) Pour d’importante décision il faut réaliser l’Essai d’érosion de trou plutôt que de s'appuyer sur ce tableau qui reste approximatif.
La contrainte de cisaillement critique est liée à l’indice de cinétique d’érosion. Une estimation
approximative et l’intervalle probable de la contrainte de cisaillement critique (c) sont donnés dans le Tableau 11, ils doivent être utilisés avec précaution, lorsque les valeurs de l’essai d’érosion de trou (HET) ne sont pas disponibles.
Tableau 11
Estimations approximatives et intervalle probable de la contrainte de cisaillement critique (c) versus l’indice de cinétique d’érosion (IHET) (Fell et al 2008)
Indice de cinétique d’érosion (IHET)
Contrainte de Cisaillement Critique pour initier l’érosion (c) Pa Sol avec un Comportement Non Dispersif Sol avec un Comportement Dispersif
Meilleure estimation Intervalle probable
Meilleure estimation Intervalle probable
<2 2 1 à 5 1 0.5 à 2 2 à 3 2 1 à 5 1 0.5 à 2 3.5 5 2 à 20 2 1 à 5 4 25 10 à 50 5 2 à 10 5 60 25 à 100 5 2 à 10 6 100 60 à 140 5 2 à 10
Note : valeurs à utiliser avec précaution. Pour des risques importants, utiliser l’Essai d’érosion de trou pour déterminer la Contrainte de Cisaillement Critique (c)
Il faut souligner qu'il est préférable d'effectuer une série d’Essais d’Érosion de Trou avec
différentes charges hydrauliques ou d’utiliser la méthode de Bonelli et al (2007) ; Bonelli et Brivois (2008) pour définir la contrainte de cisaillement critique (c) plutôt que d’utiliser ces tableaux.
Marot et al (2011) ont effectué une série d’essais d’érosion de trou (HET) et d’érosion de jet
(JET) sur différentes granulométries de sols fins, couvrant un large intervalle d’érodabilité. Ils ont montré que les méthodes généralement utilisées (JET et HET) donnent un coefficient d’érosion et une contrainte de cisaillement critique différents. De plus les classifications relatives des sols provenant des deux essais d’érosion ne sont pas identiques. L’Indice de Résistance à l’Érosion, basé sur une approche énergétique, est déterminé avec les deux appareils (JET et HET) et une classification de la résistance à l’érosion de surface est proposée. Pour les deux appareils, les valeurs de l’indice de résistance à l’érosion sont sensiblement voisines pour chaque sol et une seule classification de l’érosion des sols est obtenue.
__________________________________________________________________________ 32
3.3.5. Application du critère d’initiation d’érosion de conduit
3.3.6. Importance des sols dispersifs
Qu’est-ce qu’un sol dispersif ?
et al
et al.
8530
c
et al
3.3.5. Applying the concentrated leak criteria
86
__________________________________________________________________________ 32
3.3.5. Application du critère d’initiation d’érosion de conduit
3.3.6. Importance des sols dispersifs
Qu’est-ce qu’un sol dispersif ?
et al
et al.
__________________________________________________________________________ 33
et al.
Comment peut-on identifier les sols dispersifs ?
(Standards Australia
Conservation Service
et al.
et al
et al
xdissousselTotalCEC
Na
MgCaNa
8731
3.3.6. Importance of dispersive soils
What are dispersive soils?
How can dispersive soils be identified?
30
c
et al
3.3.5. Applying the concentrated leak criteria
88
__________________________________________________________________________ 33
et al.
Comment peut-on identifier les sols dispersifs ?
(Standards Australia
Conservation Service
et al.
et al
et al
xdissousselTotalCEC
Na
MgCaNa
__________________________________________________________________________ 32
Sherard et al. (1976) ont cependant réalisé l’Essai de trou d’épingle sur quelques sols dispersifs contenant un % de passant 0.005 mm > 50%. Le meilleur comportement des argiles à forte plasticité est probablement lié à une plus grande résistance à l’érosion et à une plus grande aptitude à la fermeture des fissures par gonflement.
Sur la base de leurs essais, Sherard et al. (1976) indiquent que les sols avec moins de 10% de
fines de dimension inférieure à 0.005 mm semblent ne pas avoir assez d’argile pour éviter l’effondrement du conduit dans un sol dispersif.
Comment peut-on identifier les sols dispersifs ? Il existe plusieurs essais en laboratoire pouvant déterminer le caractère dispersif d’un sol :
a) La classification d’Emerson (Standards Australia (1997) ; essai AS 1289, 3.81 et USBR (1979). L’essai est réalisé avec de l’eau distillée, mais peut être répété avec de l’eau du barrage ou les eaux souterraines. Il donne souvent des résultats très différents à cause de la présence dans l’eau de sel dissous (une teneur en sel élevée donne une dispersion plus faible). Les sols sont divisés en fonction de leur classe, la Classe 1 sont les sols très dispersifs, Classe 8 sont les sols non dispersifs. Les sols de classe Emerson entre 1 et 4 sont à utiliser avec une extrême précaution pour la construction d’un barrage.
b) Essai de dispersion SCS (Soil Conservation Service) aussi connu comme l’essai du double hydromètre ou l’essai du pourcentage dispersif (ASTM 2001 essai D42291-99). Sherard et al. (1976) montrent que les sols, avec un pourcentage de sol dispersif supérieur à 50 %, sont plus susceptibles de provoquer la rupture des barrages par dispersion, alors que ceux avec un pourcentage inférieur à 15 % ne le sont pas. Cet essai et l’essai du « triple » hydromètre dans lesquels la dispersion du sol se fait également avec de l’eau du réservoir, comparent la dispersion dans l’eau à la dispersion qui se produit à l’aide d’un dispersant utilisé comme déflocculant comme ce qui est réalisé dans les essais standards en laboratoire.
c) L’essai de trou d’épingle, aussi connu comme l’essai Sherard de trou d’épingle (ASTM 1998 ; test D4647-93). Sherard et al (1976) ont remarqué que les sols classés D1 et D2 souffrent de rupture par érosion de conduit dans les barrages en terre, et de dommages sévères par érosion lors de précipitations sur les remblais et les dépôts naturels alors que ceux classés comme ND1 et ND2, ne le sont pas. Comme le numéro de classe Emerson, les résultats dépendent de la composition chimique de l’eau utilisée pour l’essai (l’essai standard utilise de l’eau distillée).
d) Essais chimiques. Basés sur la corrélation entre les nombreuses ruptures de barrage et le sol des barrages qui ont présenté des fuites ininterrompues (sans aucun filtre pour contrôler l’érosion) sans rompre (Sherard et al, 1976). Ces essais proposent de déterminer le caractère dispersif des sols à partir du pourcentage de sodium échangeable et du taux d’absorption du sodium définis par : Pourcentage de sodium échangeable (ESP) qui est le pourcentage de la quantité de sodium échangeable Na+ sur la quantité de cations échangeables (CEC) avec pour unité : meq/100g de sol sec. Les sols dont l’ESP est supérieur ou égal à 10, qui sont susceptibles d’avoir des sels libres entrainés par une eau de percolation relativement pure, sont classés dispersifs.
ESP = 100)(
xdissousselTotalCEC
Na
ou = 100xK+Na+Mg+Ca
Na++++++
+
Le taux d’absorption de sodium (SAR) est :
__________________________________________________________________________ 34
et al
Soil Conservation Service, pinhole, Emerson and chemical test
et al
-
-
-
Impact de la dispersivité sur la loi d’érosion
Impact de la dispersivité sur les filtres
89
32
MgCaNa
et al
-
-
-
Effect of dispersion on erosion properties
31
3.3.6. Importance of dispersive soils
What are dispersive soils?
How can dispersive soils be identified?
90
__________________________________________________________________________ 34
et al
Soil Conservation Service, pinhole, Emerson and chemical test
et al
-
-
-
Impact de la dispersivité sur la loi d’érosion
Impact de la dispersivité sur les filtres
91
33
Effect of dispersion on filter design and assessment 32
MgCaNa
et al
-
-
-
Effect of dispersion on erosion properties
92
__________________________________________________________________________ 34
4.2.1. L’érosion régressive dans une fondation sableuse
et al.
et al
et al
__________________________________________________________________________ 36
et al et al et alet al
Phase 1 Écoulement dans la couche perméable
Phase 2 Érosion régressive
Phase 3 Elargissement du conduit
Phase 4 Rupture
93
34
4.2.1. The process in sandy foundations of dams or dikes
et al
et al
et al
94
__________________________________________________________________________ 36
et al et al et alet al
Phase 1 Écoulement dans la couche perméable
Phase 2 Érosion régressive
Phase 3 Elargissement du conduit
Phase 4 Rupture
__________________________________________________________________________ 37
4.2.2. Érosion régressive globale dans les barrages ou les digues
4.2.3. Érosion régressive conduisant au déchaussement du parement aval
__________________________________________________________________________ 37
4.2.2. Érosion régressive globale dans les barrages ou les digues
4.2.3. Érosion régressive conduisant au déchaussement du parement aval
__________________________________________________________________________ 37
4.2.2. Érosion régressive globale dans les barrages ou les digues
4.2.3. Érosion régressive conduisant au déchaussement du parement aval
95
35
Phase 1 Seepage occurs in the permeable strata
Phase 2. Backward Erosion
Phase 3. Widening of the channel
Phase 4 Failure and Breakthrough
36
4.2.2. The process within a dam, levee or dike
4.2.3. The process causing unraveling at the downstream face
4.3.1 Backward erosion in sandy foundations
Terzaghi and Peck (1948)
96
__________________________________________________________________________ 37
4.2.2. Érosion régressive globale dans les barrages ou les digues
4.2.3. Érosion régressive conduisant au déchaussement du parement aval
__________________________________________________________________________ 38
4.3.1. Érosion régressive dans les fondations sablonneuses
Terzaghi et Peck (1948)
US Army Corps of Engineers (USACE) (1993)
97
36
4.2.2. The process within a dam, levee or dike
4.2.3. The process causing unraveling at the downstream face
4.3.1 Backward erosion in sandy foundations
Terzaghi and Peck (1948)
98
__________________________________________________________________________ 38
4.3.1. Érosion régressive dans les fondations sablonneuses
Terzaghi et Peck (1948)
US Army Corps of Engineers (USACE) (1993)
__________________________________________________________________________ 39
L1
99
37
US Army Corps of Engineers (USACE) (1993)
100
__________________________________________________________________________ 39
L1
__________________________________________________________________________ 40
Méthode de Sellmeijer
et al et al
DL
DFL
HLDcFFFRDUKASd70
101
37
US Army Corps of Engineers (USACE) (1993)
38
The Sellmeijer method
DL
DFL
102
__________________________________________________________________________ 40
Méthode de Sellmeijer
et al et al
DL
DFL
HLDcFFFRDUKASd70
__________________________________________________________________________ 41
et al
et al
et al
et al
103
38
The Sellmeijer method
DL
DFL
39
et al
et al
104
__________________________________________________________________________ 41
et al
et al
et al
et al
__________________________________________________________________________ 42
Méthode hydraulique d’Hoffmans
dd z,c H
105
39
et al
et al
40
FS
et al
et al
Hoffman’s Hydraulic Approach
K d dD L
106
__________________________________________________________________________ 42
Méthode hydraulique d’Hoffmans
dd z,c H
__________________________________________________________________________ 43
D d g
(H1 – H2) L
H1
HK K
c
c L
L L
f f ,
s
am,c D am,c
c
c
Méthode de Schmertmann
et al
107
40
FS
et al
et al
Hoffman’s Hydraulic Approach
K d dD L
41
D d g
(H1 – H2) L
K c L
L
s
D am,c
c
c
Schmertmann’s Method
108
__________________________________________________________________________ 44
Observations de terrain
US Army Corps of Engineers
et al
__________________________________________________________________________ 43
D d g
(H1 – H2) L
H1
HK K
c
c L
L L
f f ,
s
am,c D am,c
c
c
Méthode de Schmertmann
et al
109
42
Some field observations
4.3.2. Global backward erosion in dam cores
41
D d g
(H1 – H2) L
K c L
L
s
D am,c
c
c
Schmertmann’s Method
110
__________________________________________________________________________ 44
Observations de terrain
US Army Corps of Engineers
et al
__________________________________________________________________________ 45
4.3.2. Érosion régressive globale de noyaux de barrages
et al et al
111
42
Some field observations
4.3.2. Global backward erosion in dam cores
43
112
__________________________________________________________________________ 45
4.3.2. Érosion régressive globale de noyaux de barrages
et al et al
__________________________________________________________________________ 45
et al
et al
et al et al et al
4.3.3. Érosion régressive du parement
qSd
4.3.4. Approches empiriques de Bligh et Lane
113
43
44
4.3.3. Global backward erosion causing unraveling at the downstream face
qSd
4.3.4. Empirical approaches of Bligh and Lane
114
__________________________________________________________________________ 45
et al
et al
et al et al et al
4.3.3. Érosion régressive du parement
qSd
4.3.4. Approches empiriques de Bligh et Lane
__________________________________________________________________________ 47
4.3.5. Approche russe
et al et al et al
et al
-
--
115
44
4.3.3. Global backward erosion causing unraveling at the downstream face
qSd
4.3.4. Empirical approaches of Bligh and Lane
45
4.3.5. The Russian Design Methods
---
- k- q
116
__________________________________________________________________________ 47
4.3.5. Approche russe
et al et al et al
et al
-
--
__________________________________________________________________________ 48
- k--
Jcr Jcr,m Vcr
--
-
-
--
Jest,m
n
117
45
4.3.5. The Russian Design Methods
---
- k- q
46
- JcrJcr, Vcr
--
-
-
--
n
118
__________________________________________________________________________ 48
- k--
Jcr Jcr,m Vcr
--
-
-
--
Jest,m
n
__________________________________________________________________________ 49
Jcr,m
Jcr,m
Jcr,m
Jcr,m
Jcr,m
Jest
Jcr ocrV
J, V
n
119
46
- JcrJcr, Vcr
--
-
-
--
n
47
Jcr
J V
120
__________________________________________________________________________ 50
121
48
122
__________________________________________________________________________ 50
5.3.1. Conditions géométriques et hydrauliques
Condition géométrique
Condition hydraulique
et alet al et al et al
et al
__________________________________________________________________________ 51
5.3.2. Sol fin sans cohésion au-dessous d’une couche de sol grossier
et al
123
49
5.3.1. Geometrical and hydraulic conditions
Geometrical condition
Hydraulic condition
49
5.3.1. Geometrical and hydraulic conditions
Geometrical condition
Hydraulic condition
124
__________________________________________________________________________ 51
5.3.2. Sol fin sans cohésion au-dessous d’une couche de sol grossier
et al
__________________________________________________________________________ 53
nD s w
Ucrit
am,c
Ucrit
et al
5.3.3. Érosion des sols fins cohérents (particules < 75 µm)
et al
__________________________________________________________________________ 53
nD s w
Ucrit
am,c
Ucrit
et al
5.3.3. Érosion des sols fins cohérents (particules < 75 µm)
et al
125
51
5.3.2. Fine cohesionless soil below a coarse soil layer
51
d
5.3.3. Silt and clay erosion (particles < 75µm)
et al
et al
5.3.4. Fine soil above a coarse soil layer
126
__________________________________________________________________________ 53
nD s w
Ucrit
am,c
Ucrit
et al
5.3.3. Érosion des sols fins cohérents (particules < 75 µm)
et al
__________________________________________________________________________ 54
et al Ucrit
et al
5.3.4. Sol fin au-dessus d’une couche de sol grossier
et al
5.3.5. Influence de l’uniformité de la granulométrie
127
51
d
5.3.3. Silt and clay erosion (particles < 75µm)
et al
et al
5.3.4. Fine soil above a coarse soil layer
52
5.3.5. Influence of uniformity
128
__________________________________________________________________________ 54
et al Ucrit
et al
5.3.4. Sol fin au-dessus d’une couche de sol grossier
et al
5.3.5. Influence de l’uniformité de la granulométrie
129
52
5.3.5. Influence of uniformity
130
__________________________________________________________________________ 55
- Critère 1
- Critère 2
__________________________________________________________________________ 56
- Critère 3
6.2.1. Les sols suffusifs
-----
et al
6.2.2. Prise en compte de la ségrégation
131
53
- Criterion 1:
- Criterion 2:
132
__________________________________________________________________________ 56
- Critère 3
6.2.1. Les sols suffusifs
-----
et al
6.2.2. Prise en compte de la ségrégation
__________________________________________________________________________ 57
--
-
-
6.3.1. Pourcentage maximal de fines suffusives
133
54
- Criterion 3:
6.2.1. Soils subject to suffusion
-----
6.2.2. The effect of segregation
134
__________________________________________________________________________ 57
--
-
-
6.3.1. Pourcentage maximal de fines suffusives
__________________________________________________________________________ 58
el al.
el al
6.3.2. Méthodes basées sur les critères géométriques
Méthode de Kenney et Lau
__________________________________________________________________________ 58
el al.
el al
6.3.2. Méthodes basées sur les critères géométriques
Méthode de Kenney et Lau
135
55
---
-
6.3.1 Maximum proportion of suffusive fines
et al.
136
__________________________________________________________________________ 58
el al.
el al
6.3.2. Méthodes basées sur les critères géométriques
Méthode de Kenney et Lau
__________________________________________________________________________ 59
Méthode de Witt
137
56
et al.
6.3.2. Methods based on geometric criteria
Kenney and Lau method
56
et al.
6.3.2. Methods based on geometric criteria
Kenney and Lau method
138
__________________________________________________________________________ 59
Méthode de Witt
__________________________________________________________________________ 60
Adaptation de Wan et Fell à partir de la méthode de Burenkova
Plus grosse particule érodable par suffusion
et al
et al
Quelques commentaires généraux
__________________________________________________________________________ 60
Adaptation de Wan et Fell à partir de la méthode de Burenkova
Plus grosse particule érodable par suffusion
et al
et al
Quelques commentaires généraux
__________________________________________________________________________ 60
Adaptation de Wan et Fell à partir de la méthode de Burenkova
Plus grosse particule érodable par suffusion
et al
et al
Quelques commentaires généraux
139
57
Witt method
Wan and Fell adaptation of the Burenkova method
57
Witt method
Wan and Fell adaptation of the Burenkova method
57
Witt method
Wan and Fell adaptation of the Burenkova method
57
Witt method
Wan and Fell adaptation of the Burenkova method
57
Witt method
Wan and Fell adaptation of the Burenkova method
58
Largest erodible particles
Some general comments
6.3.3. The hydraulic criterion based on critical gradient
140
__________________________________________________________________________ 60
Adaptation de Wan et Fell à partir de la méthode de Burenkova
Plus grosse particule érodable par suffusion
et al
et al
Quelques commentaires généraux
__________________________________________________________________________ 61
6.3.3. Critère hydraulique basé sur le gradient critique
et al
141
58
Largest erodible particles
Some general comments
6.3.3. The hydraulic criterion based on critical gradient
59
142
__________________________________________________________________________ 61
6.3.3. Critère hydraulique basé sur le gradient critique
et al
__________________________________________________________________________ 62
et al
143
59
60
A note of caution about determination of critical gradient
144
__________________________________________________________________________ 62
et al
__________________________________________________________________________ 63
et al
Précautions concernant la valeur du gradient critique
145
60
A note of caution about determination of critical gradient
146
__________________________________________________________________________ 64
7.2.1. L’érosion interne dans les remblais
-
-
--
__________________________________________________________________________ 65
-
-
- Rétention Sans Érosion
- Rétention après une Érosion mineure
- Rétention après une Érosion Significative
- Érosion Continue
147
61
7.2.1. Internal erosion in the embankment
----
148
63
-
-
- Seals with No Erosion
- Seals with Some Erosion
- Seals with Excessive Erosion
- Continuing Erosion
149
63
The manner in which the likelihood of continuation of erosion for these scenarios is considered differently:
Scenario 1: There is no potential for filtering. Continuing erosion is certain. Scenario 2: The issue for this scenario is whether the crack/high permeability feature that is present through the core is continuous through the downstream shoulder, or if not, whether it can find an exit. This depends on the following factors:
- The mechanism causing the concentrated leak, in particular whether it also causes cracking in the shoulder.
- The material characteristics and width of the downstream shoulder zone. Scenario 3: Assess the likelihood of the filter or transition zone being effective using filter design criteria as detailed in Section 7.3.1. For existing dams where many filters do not satisfy modern no-erosion design criteria it is suggested that a four way split for filtering behavior is considered (see Section 7.3.4):
- Seals with No Erosion – the filtering material stops erosion with no or very little erosion of the material it is protecting. The increase in leakage flows is so small that it is unlikely to be detectable.
- Seals with Some Erosion – the filtering material initially allow erosion from the soil it is protecting, but it eventually seals up and stops erosion. Leakage flows due to piping can be up to 100 l/s, but are self healing.
- Seals with Excessive Erosion – the filtering material allows erosion from the material it is protecting, and in the process permits large increases in leakage flow (up to 1000 l/s), but the flows are self healing. The extent of erosion is sufficient to cause sinkholes on the crest and erosion tunnels through the core.
- Continuing Erosion – the filtering material is too coarse to stop erosion of the material it is protecting and continuing erosion is permitted. Unlimited erosion and leakage flows are likely.
This approach often shows that filters which do not satisfy modern filter design criteria will after
some erosion of the soil being filtered eventually seal with medium size particles eroded from the protected soil. Provided the embankment can accommodate the leakage that occurs up to the time the filters seal, the dam will not fail. In some cases erosion will initiate again adjacent to the original area due to changed leakage pathways, causing a second incident.
150
__________________________________________________________________________ 66
et al
__________________________________________________________________________ 67
7.2.2. L’érosion interne du remblai vers et dans la fondation
Érosion à travers des ouvertures de la fondation Situation 4 de la Fig. 32
Érosion à travers le sol granulaire grossier des fondations
7.2.3. L’érosion interne en fondation
et al
__________________________________________________________________________ 66
et al
151
63
7.2.2. Internal erosion of the embankment at or into the foundation
64
Scenarios Exemples
Scenario 1: Homogeneous zoning with no fully intercepting filter
Scenario 2:
Downstream shoulder of fine grained cohesive material which is capable of holding a crack/pipe.
Scenario 3: Filter/transition zone is present downstream of the core or a downstream shoulder zone which is not capable of holding a crack/pipe.
Scenario 4:
Piping into an open defect, joint or crack.
Scenario 5:
Erosion into a toe drain
Fig. 32 Scenarios for continuation of internal erosion in embankments, from embankments into foundations,
adjoining structures and into toe drains (Fell et al, 2008) Scénario 4: For erosion to continue through an open defect, the defect needs to be sufficiently open to allow the soil particles surrounding the defect to pass through it. The suggested procedure for examining this is given in Section 7.3.5. Scénario 5: This scenario is applicable if the failure path under consideration involves a seepage path that exits into a toe drain which could lead to continuing erosion of the embankment or foundation materials. The assessment considers the design and construction details of the toe drain, whether filter criteria are met, and the observed condition of the toe drain (from video or external inspections).
1
HOMOGENEOUS EARTHFILL
3
2
13
INTERNAL EROSION ABOVE CORE AND FILTERS
1
EARTHFILL WITH TOE DRAIN, INTERNAL EROSION ABOVE TOE DRAIN
1
HOMOGENEOUS EARTHFILL
1
HOMOGENEOUS EARTHFILL
3
2
13
INTERNAL EROSION ABOVE CORE AND FILTERS
3
2
13
INTERNAL EROSION ABOVE CORE AND FILTERS
1
EARTHFILL WITH TOE DRAIN, INTERNAL EROSION ABOVE TOE DRAIN
1
EARTHFILL WITH TOE DRAIN, INTERNAL EROSION ABOVE TOE DRAIN
1
EARTHFILL WITH TOE DRAIN, INTERNAL EROSION ABOVE TOE DRAIN
11A
ZONED EARTHFILL WITH COHESIVE SHELLS
1A2
1
INTERNAL EROSION ABOVE FILTER ZONE, COHESIVE DOWNSTREAM SHELL
1A1A11A
ZONED EARTHFILL WITH COHESIVE SHELLS
1A11A
ZONED EARTHFILL WITH COHESIVE SHELLS
1A2
1
INTERNAL EROSION ABOVE FILTER ZONE, COHESIVE DOWNSTREAM SHELL
1A1A 21
INTERNAL EROSION ABOVE FILTER ZONE, COHESIVE DOWNSTREAM SHELL
1A1A
1
21 3
2
13
31
3
EARTHFILL WITH CHIMNEY FILTER ZONED EARTHFILL WITH CHIMNEY FILTER
ZONED EARTHFILL WITH GRANULAR SHELLS
1
21
1
21 3
2
13 3
2
13
31
3 31
3
EARTHFILL WITH CHIMNEY FILTER ZONED EARTHFILL WITH CHIMNEY FILTER
ZONED EARTHFILL WITH GRANULAR SHELLS
SOIL
CONDUIT
EROSION INTO OPEN JOINTS IN ROCK FOUNDATION
SOIL
OPEN JOINTED ROCK
EROSION INTO AN OPEN CRACK OR JOINT IN A CONDUIT OR WALL
SOIL
CONDUIT
EROSION INTO OPEN JOINTS IN ROCK FOUNDATION
SOIL
OPEN JOINTED ROCK
EROSION INTO AN OPEN CRACK OR JOINT IN A CONDUIT OR WALL
1
INTERNAL EROSION THROUGH THE EMBANKMENT INTO A TOE DRAIN
1
INTERNAL EROSION THROUGH THE FOUNDATION INTO A TOE DRAIN
1
INTERNAL EROSION THROUGH THE EMBANKMENT INTO A TOE DRAIN
1
INTERNAL EROSION THROUGH THE FOUNDATION INTO A TOE DRAIN
152
__________________________________________________________________________ 67
7.2.2. L’érosion interne du remblai vers et dans la fondation
Érosion à travers des ouvertures de la fondation Situation 4 de la Fig. 32
Érosion à travers le sol granulaire grossier des fondations
7.2.3. L’érosion interne en fondation
et al
153
63
7.2.2. Internal erosion of the embankment at or into the foundation
64
Erosion into open joints in the foundation (Scenario 4 in Fig. 32).
Erosion into coarse grained soil foundation
7.2.3. Internal erosion in the foundation
et al
7.3.1. Assessment of continuation or interruption of erosion through the embankment
154
__________________________________________________________________________ 67
7.2.2. L’érosion interne du remblai vers et dans la fondation
Érosion à travers des ouvertures de la fondation Situation 4 de la Fig. 32
Érosion à travers le sol granulaire grossier des fondations
7.2.3. L’érosion interne en fondation
et al
__________________________________________________________________________ 67
7.3.1. Méthodologie pour l’évaluation de la continuation ou l’interruption de l’érosion dans le remblai
et alet al
155
64
Erosion into open joints in the foundation (Scenario 4 in Fig. 32).
Erosion into coarse grained soil foundation
7.2.3. Internal erosion in the foundation
et al
7.3.1. Assessment of continuation or interruption of erosion through the embankment
65
et al
156
__________________________________________________________________________ 69
7.3.2. Les fonctions d’un filtre
RétentionAuto filtration ou stabilité
Non cohésionDrainage
Résistance
Rétention du filtre
et al
157
65
et al
66
7.3.2. Filter functions
Retention
Self-Filtration or stability
No cohesionDrainage
Strength.
Filter Retention
et al
158
__________________________________________________________________________ 70
et al
et al et al
et al
159
66
7.3.2. Filter functions
Retention
Self-Filtration or stability
No cohesionDrainage
Strength.
Filter Retention
et al
67
et al
No cohesion (filter will not hold a crack)
Self-filtration or stability
160
__________________________________________________________________________ 71
et al et al
Absence de cohésion (le filtre ne maintient pas une fissure ouverte)
et al
et al
Auto-filtration ou stabilité granulométrique
Drainage
Résistance
7.3.3. Critère de rétention totale des filtres granulaires
Critère basé sur la granulométrie – Sherard et Dunnigan (1989)
161
67
et al
No cohesion (filter will not hold a crack)
Self-filtration or stability
68
Drainage
Strength
7.3.3. Criteria for no-erosion filters
Particle Size Based Criteria-Sherard and Dunnigan (1989)
Impervious Soil Group 1
Impervious Soil Group 2
Impervious Soil Group 3
Impervious Soil Group 4:
162
__________________________________________________________________________ 71
et al et al
Absence de cohésion (le filtre ne maintient pas une fissure ouverte)
et al
et al
Auto-filtration ou stabilité granulométrique
Drainage
Résistance
7.3.3. Critère de rétention totale des filtres granulaires
Critère basé sur la granulométrie – Sherard et Dunnigan (1989)
__________________________________________________________________________ 72
Sol Imperméable du Groupe 1
Sol Imperméable du Groupe 2
Sol Imperméable du Groupe 3
Sol Imperméable du Groupe 4
Méthodes basées sur le diamètre des constrictions ou le diamètre équivalent des vides
__________________________________________________________________________ 72
Sol Imperméable du Groupe 1
Sol Imperméable du Groupe 2
Sol Imperméable du Groupe 3
Sol Imperméable du Groupe 4
Méthodes basées sur le diamètre des constrictions ou le diamètre équivalent des vides
163
68
Drainage
Strength
7.3.3. Criteria for no-erosion filters
Particle Size Based Criteria-Sherard and Dunnigan (1989)
Impervious Soil Group 1
Impervious Soil Group 2
Impervious Soil Group 3
Impervious Soil Group 4:
69
Methods based on constriction size or opening size
Methods based on the permeability of the filter
164
__________________________________________________________________________ 72
Sol Imperméable du Groupe 1
Sol Imperméable du Groupe 2
Sol Imperméable du Groupe 3
Sol Imperméable du Groupe 4
Méthodes basées sur le diamètre des constrictions ou le diamètre équivalent des vides
__________________________________________________________________________ 73
et alet al
Méthodes basées sur la perméabilité du filtre
et al
165
69
Methods based on constriction size or opening size
Methods based on the permeability of the filter
70
166
__________________________________________________________________________ 73
et al
et alet al
et al
et al
et al
__________________________________________________________________________ 75
et al
7.3.4. Critères de continuation
et al
---
et al
167
71
71
et al
et al
7.3.4. Continuation criteria
et al
---
168
__________________________________________________________________________ 75
et al
7.3.4. Critères de continuation
et al
---
et al
169
71
et al
et al
7.3.4. Continuation criteria
et al
---
72
170
__________________________________________________________________________ 76
et al
-
-
et al-
-
171
72
74
-
-
et al-
-
et al
et al
172
__________________________________________________________________________ 77
et al
et al
7.3.5. Continuation vers la fondation ou les structures traversantes
et al
et al
et al,
173
73
-
-
et al-
-
et al
et al
74
7.3.5. Continuation into an open defect, joint or crack
et al,
174
__________________________________________________________________________ 78
8.1.1. Condition hydraulique
-
-
-
-
8.1.2. Condition mécanique
175
75
8.1.1. Hydraulic condition
-
-
-
-
8.1.2. Mechanical condition
176
__________________________________________________________________________ 79
--
-
8.3.1. La condition de stabilité du toit du conduit
-
-
et al
177
75
8.1.1. Hydraulic condition
-
-
-
-
8.1.2. Mechanical condition
76
---
8.3.1. Soil conditions to hold the roof over developing erosion pipes
-
-
et al
178
__________________________________________________________________________ 80
et al
8.3.2. Les conditions du colmatage des fissures
8.3.3 Les conditions de limitation de l’écoulement
et al
179
76
---
8.3.1. Soil conditions to hold the roof over developing erosion pipes
-
-
et al
77
8.3.2. Conditions for crack filling
8.3.3. Conditions for flow limitation
8.3.4. Rate of development of concentrated leaks
180
__________________________________________________________________________ 80
8.3.4. Vitesse de l’érosion de conduit
181
77
8.3.2. Conditions for crack filling
8.3.3. Conditions for flow limitation
8.3.4. Rate of development of concentrated leaks
78
8.3.5. Rate of progression of the overall process of internal erosion
182
__________________________________________________________________________ 82
8.3.5. Vitesse de progression du processus global
183
78
8.3.5. Rate of progression of the overall process of internal erosion
184
__________________________________________________________________________ 83
185
79
186
__________________________________________________________________________ 83
__________________________________________________________________________ 84
9.2.1. Approche déterministe ou fondée sur des règlements
9.2.2 Jugement de l’ingénieur ou approche qualitative
187
79
80
9.2.1. Deterministic or Standards-Based Approach
9.2.2. Engineering Judgment
188
__________________________________________________________________________ 85
9.2.3. Évaluation Quantitative du Risque
9.2.4 L'utilisation des trois approches
__________________________________________________________________________ 86
189
80
9.2.1. Deterministic or Standards-Based Approach
9.2.2. Engineering Judgment
81
9.2.3. Quantitative Risk Assessment
9.2.4. Use of the three approaches
190
__________________________________________________________________________ 86
__________________________________________________________________________ 87
9.4.1. L’effet du niveau de la retenue sur l’érosion interne
9.4.2. Prise en considération des niveaux de retenue dans l’évaluation
Approche déterministe
Jugement de l’ingénieur
Évaluation Quantitative du Risque
191
81
9.2.3. Quantitative Risk Assessment
9.2.4. Use of the three approaches
82
9.4.1. The effect of reservoir level on internal erosion
192
__________________________________________________________________________ 87
9.4.1. L’effet du niveau de la retenue sur l’érosion interne
9.4.2. Prise en considération des niveaux de retenue dans l’évaluation
Approche déterministe
Jugement de l’ingénieur
Évaluation Quantitative du Risque
__________________________________________________________________________ 88
9.4.3. Chargements sismiques à considérer
Approche déterministe
Jugement de l’ingénieur
Évaluation Quantitative du Risque
193
82
9.4.1. The effect of reservoir level on internal erosion
83
9.4.2. Reservoir levels to be considered
Deterministic approach
Engineering Judgment
Quantitative Risk Assessment
9.4.3. Seismic loads to be considered
Deterministic approach
Engineering Judgment approach
Quantitative Risk Assessment approach
194
__________________________________________________________________________ 88
9.4.3. Chargements sismiques à considérer
Approche déterministe
Jugement de l’ingénieur
Évaluation Quantitative du Risque
__________________________________________________________________________ 89
et al
9.7.1. Susceptibilité du matériau, états de contrainte et chargement hydraulique
Susceptibilité du matériau
195
83
9.4.2. Reservoir levels to be considered
Deterministic approach
Engineering Judgment
Quantitative Risk Assessment
9.4.3. Seismic loads to be considered
Deterministic approach
Engineering Judgment approach
Quantitative Risk Assessment approach
84
196
__________________________________________________________________________ 89
et al
9.7.1. Susceptibilité du matériau, états de contrainte et chargement hydraulique
Susceptibilité du matériau
__________________________________________________________________________ 90
État de contrainte critique
Chargement Hydraulique Critique
Claquage hydraulique
9.7.2. Le processus physique
Les trois classes de sol vis à vis de l’érosion interne
197
84
85
9.7.1 Material susceptibility, stress conditions and hydraulic load
Material Susceptibility
Critical Stress Condition
Critical Hydraulic Load
Hydraulic Fracture
198
__________________________________________________________________________ 90
État de contrainte critique
Chargement Hydraulique Critique
Claquage hydraulique
9.7.2. Le processus physique
Les trois classes de sol vis à vis de l’érosion interne
__________________________________________________________________________ 91
L’influence du degré de saturation
L’importance des propriétés dispersives des sols
199
85
9.7.1 Material susceptibility, stress conditions and hydraulic load
Material Susceptibility
Critical Stress Condition
Critical Hydraulic Load
Hydraulic Fracture
86
9.7.2. The physical process
Three classes of soil in relation to internal erosion
Degree of saturation
200
__________________________________________________________________________ 91
L’influence du degré de saturation
L’importance des propriétés dispersives des sols
__________________________________________________________________________ 90
particules détachées sont fines et facilement transportables à travers la fissure. La résistance à l’érosion est fonction des forces de contact entre l’écoulement d’eau dans la fissure ou le conduit d’érosion, et la contrainte de cisaillement critique du sol au niveau des parois de la fissure. Lorsque des gradients normaux sont appliqués au barrage ou à ses fondations, l’érosion régressive et la suffusion peuvent ne pas se produire dans ces sols. Cela serait éventuellement possible sous un gradient local très élevé.
Les sols plastiques dispersifs sont les sols dans lesquels, la composition minéralogique des argiles et la composition chimique de l’eau peuvent provoquer l’érosion dans les fissures ou les conduits d’érosion lorsqu’ils sont soumis à des gradients ou des contraintes hydrauliques très faibles.
L’influence du degré de saturation
Wan et Fell (2002, 2004a, b), Lim (2006), Lim et Khalili (2010) ont remarqué que la plupart des sols argileux testés avaient une vitesse d’érosion significativement plus lente et des contraintes de cisaillement critique plus grandes lorsqu’ils sont saturés que lorsqu’ils sont partiellement saturés. Il n’y avait cependant pas de lien avec le degré de saturation pour les sols silteux. Cette constatation est importante, car cela signifie qu'une fois que le noyau d'un barrage construit de sol argileux est saturé et consolidé, la vitesse d’érosion peut être plus lente, et la contrainte de cisaillement critique plus élevée.
Tout aussi important, cela ne s'applique pas aux noyaux de sable silteux comme les granites décomposés et résiduels.
D’un point de vue pratique, il est donc préférable de compacter les sols cohésifs selon les exigences normales pour les noyaux de barrages, par exemple à 98% de la densité maximale sèche, du côté humide de l’optimum, car la résistance à l’érosion augmente avec le degré de saturation du sol. Cependant lorsqu’il y a des filtres, la différence de comportement des sols compactés du côté humide ou du côté sec est mineure.
Il doit être noté que les argiles présentes dans les remblais contre les crues ou proche de la crête des barrages peuvent être sujet à la dessiccation. Les fissures de retrait verticales forment des blocs hexagonaux coupés à des intervalles réduits par des fissures horizontales, les « blocs » ainsi délimités sont facilement érodables. Des informations complémentaires sont données dans la Section 3.2.9.
L’importance des propriétés dispersives des sols
Les sols montrant un comportement dispersif, c'est-à-dire les sols de la Classe 1 ou 2 selon la classification Emerson et les sols D1 et D2 de la classification par l’essai de trou d’épingle, auront une contrainte de cisaillement critique faible si le fluide d’érosion est suffisamment libre en sel, qui pourrait autrement supprimer le phénomène de dispersion (défloculation). Ce qui est le cas lorsque l’eau a une faible teneur en sel. Sous les conditions d’inondation, il doit être noté que, la teneur en sel de l’eau de la retenue est susceptible de baisser. De ce fait les essais réalisés avec l’eau de la retenue peuvent être très prudents. Dans le cas où il existe un doute sur la présence de sols dispersifs, il est préférable de supposer que l’eau de la retenue n’empêchera pas la dispersion et de s'appuyer sur les résultats des essais réalisés avec de l'eau distillée. Les effets de l’eau de la retenue sur la courbe granulométrique sont bien sûr mieux représentés à l’aide de l’essai « triple dispersion » avec l’utilisation d’eau distillée et de dispersants (par exemple le sodium hexametaphosphate).
Lim (2006), Lim et Khalili (2010) ont montré à l’aide d’essais au cylindre rotatif que l’Indice de cinétique d’érosion n’est pas significativement affecté par le caractère dispersif du sol après que la phase initiale rapide de l’érosion interne ait eu lieu. Par conséquent la dispersion impacte majoritairement la contrainte de cisaillement critique qui initie l’érosion, plutôt que la vitesse d’érosion.
__________________________________________________________________________ 92
Les effets de la structure du sol
et al
Les effets de la méthode d’essai sur l’indice de cinétique d’érosion
La faible corrélation avec la résistance au cisaillement du sol
Le cas particulier des sols résiduels
__________________________________________________________________________ 92
Les effets de la structure du sol
et al
Les effets de la méthode d’essai sur l’indice de cinétique d’érosion
La faible corrélation avec la résistance au cisaillement du sol
Le cas particulier des sols résiduels
201
86
9.7.2. The physical process
Three classes of soil in relation to internal erosion
Degree of saturation
88
Dispersion properties of the soil
Effect of soil structure
Effect of testing method on erosion rate index
Poor correlation with the shear strength of soils
The specific case of residual soils
202
__________________________________________________________________________ 92
Les effets de la structure du sol
et al
Les effets de la méthode d’essai sur l’indice de cinétique d’érosion
La faible corrélation avec la résistance au cisaillement du sol
Le cas particulier des sols résiduels
__________________________________________________________________________ 93
Modèle géométrique
Modèle géologique des fondations
Modèle géotechnique du remblai et des fondations
Modèle hydraulique ou d’écoulement
L’état de contrainte dans le barrage et ses fondations
Approche itérative et collecte des données
203
87
Dispersion properties of the soil
Effect of soil structure
Effect of testing method on erosion rate index
Poor correlation with the shear strength of soils
The specific case of residual soils
88
Geometric model
Geological model of the foundation
Geotechnical model of the embankment and foundations
Hydraulic or seepage model
204
__________________________________________________________________________ 93
Modèle géométrique
Modèle géologique des fondations
Modèle géotechnique du remblai et des fondations
Modèle hydraulique ou d’écoulement
L’état de contrainte dans le barrage et ses fondations
Approche itérative et collecte des données
__________________________________________________________________________ 94
205
88
Geometric model
Geological model of the foundation
Geotechnical model of the embankment and foundations
Hydraulic or seepage model
89
Stress state in the dam and its foundation
Staged approach and collection of data
--
--
--
--
206
__________________________________________________________________________ 94
__________________________________________________________________________ 95
et al
207
89
Stress state in the dam and its foundation
Staged approach and collection of data
--
--
--
--
90
et al
208
__________________________________________________________________________ 95
et al
__________________________________________________________________________ 96
et al
9.10.1 Criblage à partir du zonage et des propriétés des matériaux
(a) Criblage à partir du zonage du barrage
209
90
et al
91
et al
9.10.1. Screening of PFM on the zoning of the dam and the properties of the core and the embankment
(a) Screening from zoning of the embankment
210
__________________________________________________________________________ 96
et al
9.10.1 Criblage à partir du zonage et des propriétés des matériaux
(a) Criblage à partir du zonage du barrage
__________________________________________________________________________ 97
(b) Criblage à partir des propriétés du noyau
9.10.2. Criblage à partir de la géologie et des propriétés de sols
et al
211
92
et al
9.10.1. Screening of PFM on the zoning of the dam and the properties of the core and the embankment
(a) Screening from zoning of the embankment
92
(b) Screening on the properties of the core of the embankment
9.10.2. Screening on foundation geology and soil properties
et al,
et al
212
__________________________________________________________________________ 97
(b) Criblage à partir des propriétés du noyau
9.10.2. Criblage à partir de la géologie et des propriétés de sols
et al
__________________________________________________________________________ 98
et al
9.10.3. Criblage à partir des dispositifs constructifs
et al
213
92
(b) Screening on the properties of the core of the embankment
9.10.2. Screening on foundation geology and soil properties
et al,
et al
93
9.10.3. Screening on details of the embankment and conduits and retaining walls
v
214
__________________________________________________________________________ 98
et al
v
215
93
9.10.3. Screening on details of the embankment and conduits and retaining walls
v
94
9.11.1. Some general principles
216
__________________________________________________________________________ 100
9.11.1. Quelques principes généraux
__________________________________________________________________________ 100
9.11.1. Quelques principes généraux
__________________________________________________________________________ 100
9.11.1. Quelques principes généraux
__________________________________________________________________________ 101
9.11.2. Quelques conseils pour le jugement de l’érosion par conduit
217
94
9.11.1. Some general principles
95
9.11.2. Concentrated leak erosion-some aids to judgment
218
__________________________________________________________________________ 101
9.11.2. Quelques conseils pour le jugement de l’érosion par conduit
__________________________________________________________________________ 102
219
95
9.11.2. Concentrated leak erosion-some aids to judgment
96
220
__________________________________________________________________________ 103
10.3.1. Écran filtrant et recharge filtrante
221
97
--
10.3.1. Filter blankets and filtered berms
222
__________________________________________________________________________ 103
10.3.1. Écran filtrant et recharge filtrante
__________________________________________________________________________ 104
10.3.2. Filtres périphériques des conduites et de l’évacuateur de crue
10.3.3. Parois drainantes
10.3.4. Les puits de décompression filtrants
10.3.5. Filtres multicouches et capacité de drainage
223
97
--
10.3.1. Filter blankets and filtered berms
98
10.3.2. Filter collars on conduits and spillway channels
10.3.3. Filter trenches
10.3.4. Filtered relief wells
10.3.5. Multiple filters to provide drainage capacity
224
__________________________________________________________________________ 104
10.3.2. Filtres périphériques des conduites et de l’évacuateur de crue
10.3.3. Parois drainantes
10.3.4. Les puits de décompression filtrants
10.3.5. Filtres multicouches et capacité de drainage
__________________________________________________________________________ 105
225
98
10.3.2. Filter collars on conduits and spillway channels
10.3.3. Filter trenches
10.3.4. Filtered relief wells
10.3.5. Multiple filters to provide drainage capacity
99
226
__________________________________________________________________________ 106
__________________________________________________________________________ 107
11.2.1. La possibilité de détection et d’intervention
et al
227
100
228
__________________________________________________________________________ 107
11.2.1. La possibilité de détection et d’intervention
et al
229
100
101
11.2.1. The likelihood of detection and intervention
230
__________________________________________________________________________ 108
et al
231
101
11.2.1. The likelihood of detection and intervention
102
-
--
-
--
-
-
-
-
11.2.2. Some Information on the rate of internal erosion
232
__________________________________________________________________________ 109
11.2.2. Quelques informations sur la cinétique de l’érosion interne
et al
et al
et al
11.2.3. Revue de l’application des méthodes de surveillance
et al
Cinétique de développement
Facilité de détection
233
102
-
--
-
--
-
-
-
-
11.2.2. Some Information on the rate of internal erosion
103
11.2.3. A review of the applicability of methods of surveillance
Rate of development:
Ease of detection:
Methods of detection:
234
__________________________________________________________________________ 110
Méthodes de détection
235
103
11.2.3. A review of the applicability of methods of surveillance
Rate of development:
Ease of detection:
Methods of detection:
236
__________________________________________________________________________ 110
et al
__________________________________________________________________________ 112
237
105
104
238
__________________________________________________________________________ 112
__________________________________________________________________________ 113
et al
239
104
105 105
240
__________________________________________________________________________ 114
et al
241
106
242
__________________________________________________________________________ 115
Déterministe
Jugement Technique
Évaluation Quantitative du Risque
Risk and Uncertainty in Dam Safety, UK Risk Assessment and Reservoir Safety Best Practices in Dam and Levee Safety Risk Analysis
243
107
Deterministic:
Engineering Judgment:
Quantitative Risk Assessment,
244
__________________________________________________________________________ 116
12.3.1. Quelques principes généraux
12.3.2. L’érosion de conduit – quelques conseils pour le jugement
et al
et al
12.4.1. Méthodes basées sur les données historiques de rupture et d’incident
Interim Guide to Quantitative Risk Assessment for UK Reservoirs
245
107
Deterministic:
Engineering Judgment:
Quantitative Risk Assessment,
108
12.3.1. Some general principles
12.3.2 Concentrated leak erosion-some aids to judgment
12.4.1. Methods based on historic databases of failures and incidents
246
__________________________________________________________________________ 116
12.3.1. Quelques principes généraux
12.3.2. L’érosion de conduit – quelques conseils pour le jugement
et al
et al
12.4.1. Méthodes basées sur les données historiques de rupture et d’incident
Interim Guide to Quantitative Risk Assessment for UK Reservoirs
__________________________________________________________________________ 116
et al
247
108
12.3.1. Some general principles
12.3.2 Concentrated leak erosion-some aids to judgment
12.4.1. Methods based on historic databases of failures and incidents
109
et al
248
__________________________________________________________________________ 117
et al
__________________________________________________________________________ 118
l’United States Bureau of Reclamation United States Army Corps of EngineersConsulting Engineers
et al
249
109
et al
110
250
__________________________________________________________________________ 119
Arrachement
Auto-filtration
Brèche
- Élargissement- surverse- glissement- déchaussement- liquéfaction
Chargement
251
111
Backward erosion
Breach initiation
- Gross enlargement- Overtopping
- Slope instability- Unraveling- Static liquefaction
Breach process
Concentrated leak erosion
252
__________________________________________________________________________ 119
Arrachement
Auto-filtration
Brèche
- Élargissement- surverse- glissement- déchaussement- liquéfaction
Chargement
__________________________________________________________________________ 120
Cheminement d’érosion interne
Claquage hydraulique
Continuation (filtration)
- Absence d’érosion (ou rétention totale et instantanée)
- Érosion limitée (ou rétention rapide)
- Érosion importante (ou rétention tardive)
- Érosion permanente
Défaut
253
111
Backward erosion
Breach initiation
- Gross enlargement- Overtopping
- Slope instability- Unraveling- Static liquefaction
Breach process
Concentrated leak erosion
112
Contact erosion parallel contact erosion
Continuation (filtration)
- No erosion (full retention)
- Some erosion (delayed retention)
254
__________________________________________________________________________ 120
Détection
Dispersion déflocculation
Érosion d’une particule
Érosion de conduit
Érosion de contact érosion parallèle à l’interface
255
112
Contact erosion parallel contact erosion
Continuation (filtration)
- No erosion (full retention)
- Some erosion (delayed retention)
113
- Excessive erosion
- Continuing erosion
Detachment
Detection
Dispersion deflocculation
Erosion
Failure mode
Failure process
Flaw
Heave ‘blow out’
Hydraulic fracture
256
__________________________________________________________________________ 122
Érosion interne
Fontis
Initiation
Instabilité granulométrique
257
113
- Excessive erosion
- Continuing erosion
Detachment
Detection
Dispersion deflocculation
Erosion
Failure mode
Failure process
Flaw
Heave ‘blow out’
Hydraulic fracture
114
Initiation
Internal erosion
Internal erosion path
Internal erosion phases internal erosion mechanisms
InitiationContinuation
Progression
Breach
Internal Instability
Intervention
258
__________________________________________________________________________ 123
Intervention
Lieu d’initiation de l’érosion
Liquéfaction statique
Mécanismes d’érosion interne (ou phases)
Initiation de l’érosionContinuation de l’érosionProgression
Brèche
Mode de rupture
Renard
internal erosion and piping piping
Progression
259
114
Initiation
Internal erosion
Internal erosion path
Internal erosion phases internal erosion mechanisms
InitiationContinuation
Progression
Breach
Internal Instability
Intervention
115
Load
Load Condition
Location of initiation of erosion
Piping
Progression
Self-filtering
Sinkhole
260
__________________________________________________________________________ 124
Processus de rupture
Situation de chargement
Soulèvement hydraulique (aussi appelé “claquage hydraulique”)
Suffusion
Criblage
Évaluation des risques
Fréquence
Probabilité
Probabilité de dépassement annuelle (AEP)
261
115
Load
Load Condition
Location of initiation of erosion
Piping
Progression
Self-filtering
Sinkhole
116
Static Liquefaction
Suffusion
This phenomenon is sometimes referred to as suffosion in the literature.
Annual Exceedance Probability (AEP)
Frequency
Likelihood
Probability
Statistical – frequency or fraction
Subjective probability (degree of belief)
Risk assessment
Screening
262
__________________________________________________________________________ 125
Vraisemblance
Grand barrage
-----
Accident
-
-
-
Rupture
--
Incident
263
116
Static Liquefaction
Suffusion
This phenomenon is sometimes referred to as suffosion in the literature.
Annual Exceedance Probability (AEP)
Frequency
Likelihood
Probability
Statistical – frequency or fraction
Subjective probability (degree of belief)
Risk assessment
Screening
117
Large dam
---
-
Accident
-
-
-
Failure
--
Incident
264
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Conduits through Embankment Dams. Best practices for design, construction, problem identification and evaluation, inspection, maintenance, renovation and repair
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Evaluation of Filter Criteria and Thickness for Migrating Piping in Sands
Investigation of under-seepage and its control, Lower Mississippi River levees
Engineering and Design – Pavement Criteria for Seasonal Frost Conditions – Mobilization Construction.
Design and construction of levees
Engineering Design - Design guidance for levee under-seepage
Laboratory procedures for determining the dispersibility of clayey soils
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Determining Erosion indices of cohesive soils with the Hole Erosion Test and Jet Erosion Test.
Concrete Construction
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ASCE Journal of Geotechnical and GeoEnvironmental Engineering
Geotechnical Testing Journal
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Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering
Filters in Geotechnical and Hydraulic Engineering
Middle Mississippi River flood performance: Assessing the occurrence of piping through empirical modelling
Performance of underseepage control measures during the 1973 Mississippi River flood, Columbia Levee District, Illinois
Performance of levee under-seepage controls: A critical review.
J. Hydraul. Res.,
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Internal Erosion in Embankment Dams and their Foundations, J-J Fry, J Riha and T Julinek, editors, Proceedings of the Institute of Water Structures, FCE, BUT, Brno
Achevé d’imprimer en mars 2017sur les presses de l’Imprimerie Offset Cinq Édition,
85150 La Mothe-Achard
Dépôt légal 1er trimestre 2017, mars 2017, N° d’impression : 2017010706
ISSN 0534 - 8293Imprimé en France
280
COLORED FIGURES/FIGURES EN COULEUR
281
Fig. 6 Sand boil on the land side of a dike
Tumulus de sable à l’aval d’une digue
Fig. 8 Global backward erosion leading to unraveling of downstream slope
Érosion régressive globale conduisant au déchaussement de la pente aval
Fig. 13
Effects of frost on an embankment dam (Vuola et al, 2007) Les effets du gel sur un barrage en remblai (Vuola et al, 2007)
282
Fig. 14
Damage phenomena occurring in embankment dams from frost thaw (Vuola et al, 2007) Dommages produits par les cycles de gel dégel sur les barrages en remblais (Vuola et al, 2007)
Fig. 16 Potential impacts of burrowing animals on internal erosion in embankments and levees (FEMA 2005a)
Impacts potentiels des terriers d’animaux sur l’érosion interne dans les barrages en remblai et les digues (FEMA 2005a)
Fig. 17
The backward erosion piping model (Sellmeijer et al. 2012) Schéma d’érosion régressive par conduit de Delft (Sellmeijer et al. 2012)
283
Fig.
23
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Fig.
23
Crit
ical
Dar
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and
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H, s
ee 5
.3.2
bel
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(Cou
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r Rem
i Beg
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284
Fig. 25(a) Soil samples tested as being internally unstable (suffusive) by Wan and Fell (2004c, 2007)
Échantillon de granulométries considérées comme instables (sujettes à la suffusion) par Wan & Fell (2004c, 2007)
Fig. 25(b) Soil samples tested as being internally stable (not suffusive) by Kenney & Lau (1984, 1986)
& Kenney et al. (1985) Échantillon de granulométries considérées comme instables (sujettes à la suffusion) par Kenney &
Lau (1984, 1986) et Kenney el al. (1985)
Grain Size, (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Perc
enta
ge P
assi
ng b
y W
eigh
t,
(%)
0.005 0.075 0.425 2.0 4.75
SAND GRAVELFINE MEDIUM COARSE
75 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100FINE COARSE
19
FINES
0.002d
F
B2
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A210
14A15
Grain Size, (mm)
0
10
20
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90
100
Perc
enta
ge P
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y W
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t,
(%)
0.001 0.005 0.075 0.425 2.0 4.75
SAND GRAVELFINE MEDIUM COARSE
75 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100FINE COARSE
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11
13
285
Fig. 26 Soil samples tested as being internally unstable (suffusive) by Kenney & Lau (1984, 1986)
and Kenney et al. (1985) Échantillon de granulométries considérées comme instables (sujettes à la suffusion) par Kenney &
Lau (1984, 1986) et Kenney el al (1985)
Fig. 29 Method of assessing internal instability (Courtesy of Prof. Witt 2012) Méthode d’évaluation de l’instabilité granulométrique de Witt (2012)
Grain Size, (mm)
0
10
20
30
40
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100
Perc
enta
ge P
assi
ng b
y W
eigh
t,
(%)
0.001 0.005 0.075 0.425 2.0 4.75
SAND GRAVELFINE MEDIUM COARSE
750
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100FINE COARSE
19
FINES
100
F
d
Kenney & Lau (1984, 1985), Kenney et al. (1983)Kenney et al. (1984)
Ys
Y
X
D
A
AD
AC
286
Fig. 30
Contours of the probability of internal instability (potentially suffusive) for silt-sand-gravel and clay-silt-sand-gravel mixtures with a plasticity index less than 13% and less than 10% clay size fraction
(% passing 0.002 mm) (Wan and Fell, 2004c, 2007) Isovaleurs de la probabilité d’instabilité granulométrique (sol potentiellement sujet à la suffusion) pour
les mélanges de grave sable silt et grave sable silt argile avec des indices de plasticité inférieurs à 13% et pour des proportions d’argile inférieures à 10% (% passant 0.002mm)
(Wan and Fell, 2004c, 2007)
Fig. 31 Contours of the probability of internal instability (potentially suffusive) for sand-gravel soils with less
than 10% non-plastic fines passing 0.075mm (Wan and Fell, 2004c, 2007) Isovaleur de la probabilité d’instabilité granulométrique (potentiellement sujet à la suffusion) pour les
sols grave-sable avec moins de 10% de fines non plastiques passant 0.075 mm (Wan et Fell, 2004c, 2007)
1 10 100 1000
2
4
6
8
10h'
= d
90 /d
60
h" = d90 /d15
1 10 100 1000 4000
D1
Data source:Kenney et al. (1983)Kenney et al. (1984)Kenney & Lau (1984, 85)Lafleur et al. (1989)Burenkova (1993)Skempton & Brogan (1994)Chapuis et al. (1996)UNSW
Internally stable soil samples arerepresented by hollow symbols(e.g. , , etc.), andinternally unstable soil samples arerepresented by solid symbols(e.g. , , etc.).
Data point (447, 17.2)plotted out of range
B10.050.100.300.500.70
0.900.95
is the probability, predicted by logisticregression, that a soil is internally unstableif it is plotted along the respectivedotted line .
P
P = exp(Z)/[1 + exp(Z)]Z = 2.378 LOG(h") - 3.648 h' + 3.701
Sun (1989) data and UNSW data points B1,D1 not included in the logistic regression.
P
1 10 100
2
4
6
8
10
h' =
d90
/d60
h" = d90 /d15
1 10 100 200
0.950.90
0.700.500.30
0.100.05
4R
A3C1
Data source:Kenney et al. (1983)Kenney et al. (1984)Kenney & Lau (1984, 85)Lafleur et al. (1989)Burenkova (1993)Skempton & Brogan (1994)Chapuis et al. (1996)
Internally stable soil samples arerepresented by hollow symbols(e.g. , , etc.), andinternally unstable soil samples arerepresented by solid symbols(e.g. , , etc.).
UNSW (only data points 4R,A3 and C1)
is the probability, predicted by logisticregression, that a soil is internally unstableif it is plotted along the respectivedotted line .
P
P = exp(Z)/[1 + exp(Z)]Z = 3.875 LOG(h") - 3.591 h' + 2.436
Sun (1989) data are not included inthe logistic regression.
P
287
Fig. 39
Example of plot showing filter/transition gradings compared to Filter Erosion Boundaries (Fell et al 2008)
Exemple de graphique représentant les courbes granulométriques du filtre/transition et les seuils d’Érosion (Fell et al 2008)
Soil distress
Low stressVibrationArching
CRITICAL STRESS
CONDITION
Hydraulicfracture
Heave
Contact erosionBoiling
Suffusion
Seepage velocityHydraulic gradient
Pore pressure
CRITICAL HYDRAULIC
LOAD
Internal instabilityFilter incompatibility
Void spaceFree surface
Low plasticity
MATERIALSUSCEPTIBILITY
SuffusionPiping
CrackingBridging
Fig. 42
Venn diagram illustrating interaction of geometric, hydraAulic and mechanical susceptibilities of soils to initiation of internal erosion (Garner and Fannin, 2010)
Diagramme de Venn illustrant l’interaction entre les conditions géométrique, hydraulique et la susceptibilité du sol à initier l’érosion interne (Garner et Fannin, 2010)
Assessment of Zone 1 core against no erosion, excessive erosion and continuing erosion criteriaNo Erosion Excessive
ErosionContinuing
Erosion
DB85 (mm) DB95 (mm)% passing 0.075mm
% fine-medium sand (0.075 - 1.18mm) DF15 (mm) DF15 (mm) DF15 (mm)
Fine Grading 1.9 3.3 50 25 0.7 2 30Average 2.4 4 41 29 0.7 2.5 36Coarse Grading 2.5 4.2 35 30 0.7 2.6 38
Base soil sizes (mm)Core Gradation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Seive Size (mm)
Perc
ent P
assi
ngFilter erosion boundaries for the Average core gradingFilter erosion boundaries for the Fine core gradingFilter erosion boundaries for the Coarse core gradingZone 1 - Core Material
re-graded to maximum size of 4.75 mm
Zone 3- FilterTransition
0.7 2.5 36
No Erosion
SomeErosion
Excessive Erosion
ContinuingErosion
0.7 2.0 30
Zone 1- Fine Grading
Zone 1 - Average Grading
Zone 1 - Coarse Grading
38
288
Fig. 43 Example of possible locations of initiation of internal erosion (Fell and Fry, 2007)
1 Spillway wall interface Interface avec le bajoyer de l’évacuateur 2 Adjacent to conduit Interface avec les conduites 3 Crack associated with steep abutment profile Fissures associées aux rives raides des appuis 4 Desiccation on top of core Dessication de la crête 5 Embankment to foundation Érosion du remblai vers fondation 6 Foundation (if the foundation is soil or erodible rock) Fondation (si elle est composée de sol ou de roche
érodable) 7 Embankment through poorly compacted layer, crack, (or
by backward erosion if the core is cohesionless) Couche de remblai mal compactée, fissures (ou érosion régressive dans le cas d’un noyau non cohésif)
INTERNAL EROSION OF EXISTING DAMS, Levees and Dikes, and their Foundations
L’ÉROSION INTERNE DANS LES DIGUES, barrages existants et leurs fondations
Bulletin 164
2017
INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMSCOMMISSION INTERNATIONALE DES GRANDS BARRAGES
61, avenue Kléber, 75116 ParisTéléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22
http://www.icold-cigb.org./ 164
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et le
urs
fond
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rosi
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stin
g D
ams,
Lev
ees
and
Dik
es, a
nd t
heir
Fou
ndat
ions