On the embankment dam

Abstract

The significance of the embankment dam stems from its importance to mankind in providing one of the cheapest means for storing large volumes of water. Historically this was required for irrigation, but it is also a necessity for hydro-power and supply for industrial and domestic use. The embankment dam was the first type of dam built by man: it is the most numerous type; it is the type most often chosen for a new dam and forms the world's highest dam. It was rivalled by various forms of concrete dam, but developments since the 1930s in geotechnical science, understanding of behaviour through instrumentation and improvement of earth-moving machinery has made it the foremost type of dam throughout the world. Improved methods of stability analysis, utilizing the concept of effective stresses and measured pore pressures, enable safe slopes to be constructed. Weaknesses due to slickensides and/or the effects of failure developing progressively along a potential slip surface clearly must be given due consideration. The simple concept of expressing soil strength, whether peak or residual, in terms of c′ and Φ′ is beginning to be replaced by the concept of a curved failure envelope and analytical methods are available for stability analysis. Despite these advances some slips still occur. Three cases are considered. It may be preferable to design for acceptable movement rather than simply to provide a factor of safety against unacceptable slip failure. Analytical methods utilizing finite element techniques have enabled predictions to be made from deformation parameters. To assess these methods, accurate measurements of movements are required. Movements that occur during temporary cessation of construction can give valuable indications of strains developing within the dam that may cause undesirable reduction of stress or onset of progressive failure. Precise measurements of horizontal movements, even without instruments to measure inside the fill, can reveal a change to unacceptable rates of movement. Arching action, not only across a narrow core, but across a dam from upstream to downstream and between abutments may result in undesirable reduction of total stresses, leading to hydraulic fracture. Failure due to erosion and piping is most dangerous because it can occur while the reservoir is full. Improved design of filters may limit erosion, but it may be better to ensure also that total stresses across any potential plane of fracture through the waterproof system are adequate to prevent hydraulic fracture. Cases of hydraulic fracture and examples of wet seams are discussed. It is probable that many cases of leakage originate in hydraulic fracture. The subsequent degree of erosion under conditions of zero effective stress may be dependent on many factors that require detailed research study. L'importance du barrage en terre pour l'humanité provient de ce qu'il représente un des moyens les moins coûteux pour amasser de grands volumes d'eau. A une époque reculée de tels barrages servaient pour l'irrigation, mais ils restent encore nécessaires pour la puissance hydro-électrique et pour les besoins industriels et domestiques. Le barrage en terre a été le premier barrage à être construit par l'homme; il constitue toujours le type de barrage le plus nombreux. On le choisit le plus souvent pour un nouveau barrage et ce genre de barrage a été utilisé pour les plus grandes hauteurs. Différentes formes de barrage en béton lui faisait concurrence, mais le barrage en terre reste encore le type le plus important dans tous les pays, grâce à l'évolution des sciences géotechniques depuis les années 1930, à la compréhension approfondie du comportement des barrages réalisée grâce à l'instrumentation et aux perfectionnements effectués dans les machines employées pour les travaux de terrassement. Il est possible de réaliser des pentes stables à l'aide des méthodes améliorées pour analyser la stabilité, basées sur le concept de contraintes effectives et de pressions interstitielles mesurées. Il faut bien entendu tenir compte des faiblesses due aux surfaces de glissement et/ou des effets des ruptures qui peuvent se produire de façon progressive le long d'une surface miroir potentielle. Le concept simple d'exprimer la résistance maximale ou résiduelle du sol en fonction de la cohe sion effective c′ et de l'angle de frottement effectif Φ′ commence à être remplacé par celui de l'envelope de rupture non rectiligne, tandis que des méthodes analytiques sont disponibles pour évaluer la stabilité. Malgré tous ces progrès il arrive que des glissements se produisent encore. Trois cas sont décrits en détail. Peutêtre est il préférable de calculer le barrage en fonction d'un mouvement admissible plutôt que de fournir seulement un coefficient de sécurité contre la rupture par glissement. On a pu faire des prédictions sur la base des paramètres de déformation à l'aide de méthodes analytiques utilisant des techniques d'éléments finis. Des mesures précises des mouvements sont nécessaires pour évaluer ces méthodes. Des mouvements qui ont lieu à l'occasion des pauses pendant les travaux de construction peuvent donner des indications précieuses concernant les déformations qui se produisent dans le barrage et qui peuvent causer une réduction inadmissible de contrainte ou le commencement de rupture progressive. Des mesures précises des mouvements horizontaux, effectuées même en l'absence d'instruments à l'intérieur du remblai, peuvent révéler un changement vers des vitesses inadmissibles de mouvement. Une réduction inadmissible des contraintes totales, entrainant une rupture hydraulique, peut provenir d'un effet de voûte non seulement en travers d'un noyau étroit, mais en travers d'un barrage entre ses côtés en amont et en aval et aussi entre des dispositifs de butée. La rupture due à l'érosion et au renard est très dangereuse, parce qu'elle peut se produire lorsque le bassin de retenue est rempli d'eau. L'érosion peut être limitée par des filtres de construction perfectionnée, mais peut-être vaudra-t-il mieux aussi de prendre des mesures pour que les contraintes totales en travers tout plan de rupture potentiel dans le système imperméable soient suffisantes pour empêcher la rupture hydraulique. Des cas de rupture hydrauliques et des exemples de lignes de séparation humides sont discutés. Il est probable que la rupture hydraulique est à l'origine de beaucoup de cas de fuites. L'érosion qui s'ensuit dans des conditions de contrainte effective nulle peut dépendre de beaucoup de facteurs qui exigent une étude approfondie.