Numerical Analysis of the Seismic Response of an Asphalt Core Rockfill Dam to Large Magnitude North American Earthquakes

Alain Plaisant, Michael James

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

Session: Earth Walls and Dams III

ABSTRACT: There are approximately 90 asphalt core rockfill dams (ACRD) in operation around the world and nearly 45 such dams in the design or construction phase. This type of dam features a core composed of a relatively thin section of asphalt concrete supported by compacted granular materials and then rockfill. The asphalt concrete core is impermeable, flexible and capable of healing if fissured. However, the relatively thin width of the core, about 1 m, presents certain limitations with respect to the allowable deformation of the dam during construction, reservoir filling and seismic loading. Though fairly popular in Europe and China, there is only one ACRD in North America and five under construction. This paper presents the numerical analysis of a representative ACRD with a height of 115 m. The analysis was conducted using PLAXIS 2011.02 2D and considered the effect of reservoir filling and dynamic loading using two simulated seismic loadings representative of magnitude 7.5 earthquakes on the eastern and western coasts of North America. The granular material and rockfill were simulated using a hyperbolic stress-strain model based on Duncan and Chang (1970). Hysteretic damping and the shear modulus reduction with shear strain were considered during the dynamic analysis. Special attention was given to the deformation of the asphalt core. The results of the modeling indicate satisfactory performance of the ACRD under the seismic loadings considered.

RÉSUMÉ: Il existe environ 90 barrages en enrochement avec un noyau en béton bitumineux (ACRD) en opération dans le monde. Près de 45 barrages de ce type sont actuellement à l™étude ou en court de construction. Ces barrages sont composés d™un noyau en béton bitumineux relativement fin qui est supporté de part et d™autre par des matériaux granulaires compactés et puis par un corps en enrochement. Le noyau en béton bitumineux est imperméable, flexible et il peut, si des fissures apparaissent, les refermer. Cependant, la largeur relativement mince du noyau, environ 1 m, impose une certaine limitation sur les déformations admissibles dans le barrage durant la construction, le remplissage du réservoir et durant un séisme. Si ces barrages sont une option couramment choisie en Europe et en Chine, seulement un barrage de ce type est construit en Amérique du Nord et cinq autres sont actuellement en construction. Ce papier présente l™analyse numérique d™un ACRD representatif de ceux existant, d™une hauteur de 115m. L™analyse a été réalisée à l™aide du logiciel PLAXIS 2011.02 2D et prend en considération l™effet de remplissage du réservoir ainsi que le chargement dynamique de deux tremblements de terre fictifs représentatif des séismes d™une magnitude 7.5 de la côte est et de la côte ouest nord-américaine. Le comportement du matériau granulaire a été modélisé par un modèle hyperbolique basé sur le modèle de Duncan et Chang (1970). L™amortissement hystérétique et la réduction du module en cisaillement avec les déformations en cisaillement du matériau ont également été pris en compte durant l™analyse dynamique. Une attention particulière a été portée aux déformations du noyau. Les résultats de la modélisation indiquent un bon comportement du barrage durant un séisme.

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