Assessment of rapid drawdown of a cofferdam and main dam using a coupled transient seepage-stability model that considers the reservoir level increase, steady-state level duration, and drawdown using actual hydrographic data for a given river

Charlie Harrison, Jaime Villaamil, Keith Ainsley, Rick Berg

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Dams and Embankments

ABSTRACT: Rapid drawdown of water impounded by an earthfill dam structure can have detrimental effects to the stability and permeability of the dam core. The assessment of rapid drawdown typically involves assessing an instantaneous drawdown case with excess porewater pressures in the low hydraulic conductivity clay core of a dam estimated using B-bar, or other ratio. The use of the instantaneous drawdown case can be traced back to the early development of the limit equilibrium method of slices and its use for the design of earth embankment dams when designers relied solely on slide rules for completing calculations. With the advent of the finite element method and micro-processors, computing ability now far surpasses any of the tools available to dam designers prior to the turn the 21st Century. Engineers now have tools and methods to estimate the actual flood frequency and duration for a given river and develop input parameters for a transient seepage analyses. Coupled to research in the area of unsaturated soil mechanics in the last 20 years or so, engineers can now assess the change in porewater pressure within a dam for a given flood scenario, with the flood routing controlled either by a diversion system (cofferdam), a spillway, and in some cases a low level outlet (permanent dam). The authors present the methodology for determining the duration rise, steady-state, and drawdown for a flood event that is used in a transient seepage analysis that is coupled to a stability assessment. The results provide a temporal assessment of the change in stability of a dam over the full duration of a flood. Sensitivity analyses are provide to highlight some of the constraints of the proposed methodology. An example is provided for a conceptual level dam on an actual river in Alberta, Canada, considering both the cofferdam and permanent dam. Resume L'évaluation de l'abaissement rapide consiste généralement à évaluer un cas d'abaissement instantané avec des pressions excessives d'eau interstitielle dans le noyau d'argile à faible conductivité hydraulique d'un barrage estimé à l'aide de la barre B ou d'un autre rapport. tilisation du cas de tirage instantané peut être reliée au développement précoce de règles de calcul pour effectuer les calculs. Avec l'avènement de la méthode des éléments finis et des microprocesseurs, la capacité informatique dépasse de loin tous les outils disponibles pour les concepteurs de barrages avant le tournant du XXIe siècle. méthodes pour estimer la fréquence et la durée réelles des inondations dans une rivière donnée et pour définir les herche dans le domaine de la mécanique des sols non saturés au cours des vingt dernières années, les ingénieurs peuvent maintenant évaluer l'évolution de la pression des eaux interstitielles dans un barrage pour un scénario d'inondation donné, le tracé de l'inondation étant contrôlé soit par un système de dérivation (cofferdam), déversoir et, dans certains cas, une décharge de bas niveau (barrage permanent). Les auteurs présentent la méthodologie permettant de déterminer la durée - augmentation, état stationnaire et diminution - d'un événement d'inondation utilisé dans une analyse d'infiltration transitoire couplée à une évaluation de la stabilité. Les résultats fournissent une évaluation temporelle du changement de stabilité d'un barrage sur toute la durée d'une inondation. Les analyses de sensibilité mettent en évidence certaines des contraintes de la méthodologie proposée. Un exemple est fourni pour un barrage à niveau conceptuel sur une rivière en Alberta, Canada, considérant à la fois le batardeau et le barrage permanent.

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Cite this article:
Charlie Harrison; Jaime Villaamil; Keith Ainsley; Rick Berg (2019) Assessment of rapid drawdown of a cofferdam and main dam using a coupled transient seepage-stability model that considers the reservoir level increase, steady-state level duration, and drawdown using actual hydrographic data for a given river in GEO2019. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

@article{Geo2019Paper351,author = Charlie Harrison; Jaime Villaamil; Keith Ainsley; Rick Berg,title = Assessment of rapid drawdown of a cofferdam and main dam using a coupled transient seepage-stability model that considers the reservoir level increase, steady-state level duration, and drawdown using actual hydrographic data for a given river,year = 2019}