Citation

Jafari NH, Stark TD, Leopold AL, Merry SM. Can. Geotech. J. 2016; 53(1): 72-84.

Copyright

(Copyright © 2016, National Research Council of Canada)

DOI

10.1139/cgj-2014-0343

PMID

unavailable

Abstract

Levee and floodwall seepage models based on two-dimensional (2D) conditions can underpredict landside vertical hydraulic gradients and uplift pressures due to excavations and convex bends. The Sherman Island levee system is used to calibrate a three-dimensional (3D) seepage model to evaluate the effect of finite landside excavations and convex levee bends on landside seepage. The model shows that a 3D analysis is required for a landside excavation with an aspect ratio (length to width) less than 1L:1.5W. For drainage canals and ditches that parallel a levee or floodwall and are wider than 15 m, gradients at the excavation center are essentially equal to 2D vertical gradients but greater than 2D gradients near the excavation sidewalls. The Sherman Island calibrated seepage model also confirms concave bends diverge seepage and yield lower vertical gradients than 2D models. Varying the degree of levee curvature (ω = 45°-100°) indicates that sharper convex bends (ω = 100°; axisymmetric radius, 150 m) cause vertical gradients that can be about 150% greater than 2D analyses.

Keywords: two-dimensional (2D) seepage, three-dimensional (3D) seepage, levee, floodwall, concave, convex, excavation, axisymmetric, transient analysis, hydraulic gradient, uplift

Vernacular Abstract

Les modèles d'infiltration bidimensionnels (2D) appliqués aux digues et murs de protection contre les crues peuvent sous-estimer les gradients hydrauliques dans le sol et la sous-pression hydrostatique causés par des excavations et des courbures convexes. Le dispositif de digues de l'île Sherman sert à calibrer un modèle d'infiltration tridimensionnel (3D) qui permet d'évaluer les effets d'excavations creusées dans le sol et des courbures convexes de digues sur l'infiltration d'eau dans le sol. Le modèle montre qu'il est nécessaire de réaliser une analyse 3D dans le cas d'une excavation dont le rapport de forme (longueur sur largeur) est inférieur à (1.L)/(1,5.l). Dans le cas de canaux et de fossés de drainage qui sont parallèles à une digue ou à un mur de protection contre les crues et dont la largeur est supérieure à 15 m, les gradients au centre de l'excavation sont pratiquement égaux aux gradients verticaux 2D, mais supérieurs aux gradients 2D situés à proximité des parois de l'excavation. Le modèle d...