Evolution of permeability in earth dam cores made of compacted till

Abstract

Dans un barrage zone, il est généralement suppose que Ie noyau dissipe l'énergie de l'eau d'infiltration linéairement entre les faces amont et aval. Les lignes d'équipotentiels sont distribuées uniformément a travers Ie noyau; Ie profil transversal de la charge hydraulique est donc plus ou moins linéaire. Ceci est base sur 1'hypothese d'un coefficient de perméabilité homogène et sature partout dans Ie noyau. II y a plusieurs années, dans les grands noyaux construits de moraine glaciaire (till), la pression interstitielle détecté était beaucoup plus grande que les valeurs théoriques. Le profil des potentiels a travers Ie noyau est caractérisé par une faible perte de charge dans les régions amont et centrale, et une chute de pression au voisinage de la face aval. Les matériaux utilisés sont des sols pulvérulents bien étalé ayant des pourcentages très faibles de cailloux et de particules colloïdales. Le but de cette étude est de comprendre Ie phénomène, d'analyser sa variation, d'identifier les facteurs d'influence et de prévoir l'évolution future. Afin d'examiner Ie problème, plusieurs séries d'essais expérimentaux et une série de modélisations numérique ont été réalisés. La compression due a la consolidation et l'affaissement durant la submergence du matériau ont été étudiés. Le mécanisme d'infiltration d'eau et 1'evolution de pression d'eau dans un till non sature ont été investigues. L'influence du degré de saturation initial, du volume d'eau ayant circule, de la contrainte effective, ainsi que de la centre pression sur Ie degré de saturation et aussi sur la perméabilité ont été examinés. On a aussi étudie l'influence de la teneur en eau de compactage sur les comportements hydraulique et mécanique du matériau. La simulation numérique du noyau du barrage LG-4 a permis d'illustrer les résultats de laboratoire. L'ensemble du travail montre que la présence d'une surpression dans les noyaux construits du till est due à l'hétérogénéité du degré de saturation et donc a l'hétérogénéité de la perméabilité a travers Ie noyau. Le phénomène de saturation progressive amène une augmentation continue du coefficient de perméabilité de la face amont vers la face aval. Ceci cause, dans un premier temps, une augmentation de la pression interstitielle dans Ie secteur aval, puis une diminution graduelle de la pression vers une dissipation quasi linéaire théorique.

Abstract: In zoned dams, it is expected that pore pressure is uniformly dissipated from the upstream to the downstream side of the core. Based on this hypothesis, the potential profile across the core in a steady state seepage flow is expected to be more or less linear and the equipotential lines should be distributed quasi-uniformly. This analysis is based on a homogeneous saturated permeability throughout the core. For some large cores made of glacial moraine (till), it has been reported that the pore pressures were significantly in excess of expected values during and after reservoir filling. The materials used in the cores are well graded silty sand soils including a small percentage of colloidal particles and cobble. This investigation is aimed at understanding this problem, its evolution with time and the influencing factors. The research study includes a series of experimental tests and numerical simulations. Deformations of till material after construction and during impoundment were studied. The mechanism of water infiltration and the evolution of water pressure through the unsaturated till were investigated. The influences of the initial degree of saturation, the volume of water circulating, the effective stress and the back pressure on the degree of saturation and hydraulic conductivity were investigated. An attempt was also made to study the influence of compaction water content on the hydraulic and mechanical behavior of till. Numerical modeling of the LG-4 dam was carried out to illustrate the influence of the degree of saturation on the pore pressure dissipation and flow discharge. The results show that pore pressures in excess in cores made of till are due to heterogeneity in the degree of saturation, and hence in the hydraulic conductivity (coefficient of permeability) across the core. By impounding, reservoir water pressure creates a relatively high hydraulic conductivity zone in the upstream and central portions of the core, resulting in a high hydraulic gradient in the downstream side. After a certain time, the phenomenon of progressive saturation causes the coefficient of permeability to increase in the downstream side, which results in the reduction of the heterogeneity. As a consequence, pore pressures decrease toward theoretical expected values.