A simplified method to estimate saturated and unsaturated seepage through dikes under steady-state conditions

摘要

The seepage rate through homogeneous or zoned dikes includes saturated and unsaturated flow. The latter is often neglected but should be considered to obtain the positions of the water table and the seepage face that may develop either on the downstream slope of a homogeneous dike or within the filter layer behind the core of a zoned dike. Different dikes with heights of 5, 10, 20, and 50 m have been analyzed numerically with a two-dimensional finite element code. The cases investigated include the most frequent types of small dikes designed to retain municipal or industrial wastewater. Solutions are proposed to solve numerically two difficulties related to the representation of saturated and unsaturated physical flow conditions. One difficulty is treating a downstream seepage face. The other is treating the passage of water from the core into a draining layer. The paper presents simple expressions to predict the total (saturated and unsaturated) seepage flow rate through a dike and discusses precautions to be taken.Key words: dams, dikes, seepage, saturated soil, unsaturated soil, numerical modeling.Le débit de fuite des digues homogènes ou zonées inclut les écoulements saturés et non saturés. Ces derniers sont souvent négligés mais devraient être considérés pour avoir les positions de la nappe et de la surface de suintement qui peut se développer sur la pente aval d'une digue homogène ou dans le filtre à l'arrière du noyau d'une digue zonée. Différentes digues de hauteurs 5, 10, 20 et 50 m ont été analysées numériquement avec un code bidimensionnel d'éléments finis. Les cas étudiés comprennent les types les plus fréquents de petites digues conçues pour retenir des eaux usées municipales ou industrielles. On propose des solutions pour résoudre numériquement deux difficultés reliées à la représentation des conditions physiques d'écoulement saturé et non saturé. Une difficulté est le traitement d'une surface de suintement. L'autre est le traitement du passage de l'eau du noyau dans une couche drainante. L'article propose des expressions simples pour prédire le débit de fuite total (saturé et non saturé) à travers une digue et discute des précautions à prendre.Mots clés : barrages, digues, écoulement, sol saturé, sol non saturé, modèle numérique.