Comparative response of an embankment dam during the application of different seismic signatures

Ali Ghandeharioon, Jean-Marie Konrad

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Earth Walls and Dams I

ABSTRACT: A complete analysis of the response of an embankment dam in its life cycle consists of the assessment at the end of construction phase, at steady-state seepage, during an earthquake, and finally after the seismic event. An effective stress analysis of an embankment dam was conducted by considering the in-situ stresses and ground water in the foundation of the dam. The state of the stress, strain and pore water pressure at steady-state seepage were the base for the dynamic analysis during different seismic motions. Various earthquakes simulating different events throughout the life cycle of the dam were considered in this research to investigate the effect of the frequency content, peak ground acceleration, and duration of the strong ground motion on the response of the dam. The seismic analyses were based on a Mohr-Coulomb plasticity model incorporated with a cyclic shear-volume formulation and hysteretic damping to account for the degradation of the shear modulus and damping effect before materials fail. Contours of the maximum shear strain that develop during each seismic event in the dam as well as time histories of relative horizontal and vertical displacements for soil particles are presented. It is shown that the earthquake with the largest resonance effect in the dam, the greatest peak ground acceleration and the longest duration of the strong ground motion results in the largest deformations in the body of the dam.

RÉSUMÉ: Une analyse complète de la réponse d'un barrage en remblai dans son cycle de vie consiste en une évaluation à la fin de la phase de construction, en écoulement en régime permanent, pendant le tremblement de terre et enfin, après le séisme. Une analyse en contraintes effectives d'un barrage en remblai a été effectuée en tenant compte des contraintes in situ et de l™eau souterraine dans la fondation du barrage. Les états de contrainte, de déformation et de pression d'eau interstitielle en écoulement en régime permanent étaient à la base de l'analyse dynamique au cours de différents mouvements sismiques. Divers tremblements de terre simulant différents événements tout au long du cycle de vie du barrage ont été considérés dans cette étude afin d™étudier les effets de la teneur en fréquence, de l'accélération maximale du sol, et de la durée des forts mouvements du sol sur la réponse du barrage. Les analyses sismiques ont été basées sur un modèle de plasticité de Mohr-Coulomb qui intègre des relations de cisaillement cyclique-volume et d'amortissement hystérétique afin de tenir compte de la dégradation du module de cisaillement et de l'effet amortisseur avant la ruine des matériaux. Les contours de la contrainte de cisaillement maximale qui se développent au cours de chaque événement sismique dans le barrage ainsi que les évolutions temporelles des déplacements relatifs horizontaux et verticaux de particules de sol sont présentés. Il est montré que le tremblement de terre ayant le plus grand effet de résonance dans le barrage, la plus grande accélération de pointe du sol et la plus longue durée de forts mouvements du sol conduit aux plus grandes déformations dans le corps du barrage.

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