Review of methods for predicting the hydraulic failure of a rockfill core dam

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Introduction. The phenomenon of hydraulic fracture is associated with the failure of some earth-rock dams, in which the integrity of the core made of clay soil has been compromised. It is believed that hydraulic fracture occurs when the pressure of water contained in pores and microcracks overcomes the compressive stresses in the soil. At this point, several methods have been proposed for the computational prediction of hydraulic fracture. They are aimed at determining the conditions under which hydraulic fracture occurs and at determining the critical water pressure that causes fracture growth.Materials and methods. A review of foreign scientific publications was carried out to systematise information on methods and techniques for critical pressure determination.Results. The review gives a classification of methods for predicting hydraulic fracture. Theoretical methods are based on the usage of elasticity theory, plasticity theory or fracture mechanics. The simplest method is based on the analysis of the stress state of the soil mass. This review describes methods based on the analysis of the stress-strain state of soil around a cavity with internal pressure. They consider several mechanisms of crack propagation, including the loss of tensile and shear strength. Empirical formulas based on the results of laboratory experiments are also given. In the framework of the analytical review, a comparison of some methodologies has been carried out. Most of the methodologies agree that the critical pressure primarily depends on the minimum principal stress σ3 in the ground. The comparison showed that the critical pressure calculated by the theoretical triaxial stress analysis technique is noticeably lower than that calculated by the empirical techniques. In the presence of a cavity, the more likely cause of fracturing is the loss of shear strength of the soil rather than tensile strength.Conclusions. Despite the abundance of techniques for predicting hydraulic fracturing, no theoretically verified and accurate methodology has been established at the present time.

Sobre autores

Mikhail Sainov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute” (MPEI)

Email: SainovMP@mgsu.ru
ORCID ID: 0000-0003-1139-3164
Código SPIN: 2369-9626

Alexander Boldin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: alex.boldin2012@yandex.ru
ORCID ID: 0000-0003-3561-8612
Código SPIN: 2445-9890

Bibliografia

  1. Vaughan P.P., Kluth D.J. et al. Cracking and erosion of the rolled clay core of Balderhead dam and the remedial works adopted for its repair // 10th ICOLD Congress. 1970. Vol. 36. Issue 5. Pp. 73–93.
  2. Haeri S.M., Faghihi D. Predicting hydraulic fracturing in Hyttejuvet dam // International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering. 2008. Vol. 40. URL: https://scholarsmine.mst.edu/icchge/6icchge/session02/40
  3. Малышев Л.И., Рассказов Л.Н., Солдатов П.В. Состояние плотины Курейской ГЭС и технические решения по ее ремонту // Гидротехническое строительство. 1999. № 1.
  4. Sharma R.P., Kumar A. Case Histories of Earthen Dam Failures // International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering. 2013. Vol. 8. URL: https://scholarsmine.mst.edu/icchge/7icchge/session03/8
  5. Wang J.J., Zhu J.G. Review on computing theories of hydraulic fracturing in soil // Proceeding of the Second National Academic Conference on Geotechnical Engineering, Wuhan, P.R. China. 2006. Pp. 231–237.
  6. Randolph M.F., Carter J.P., Wroth С.P. Driven piles in clay — the effects of installation and subsequent consolidation // Geotechnique. 1979. Vol. 29. No. 4. Pp. 361–393.
  7. Chadwick P. The quasi-static expansion of a spherical cavity in metals and ideal soils // The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics. Part 1. 1959. Vol. XII. Pp. 52–71.
  8. Vesic A.S. Expansion of cavities in infinite soil mass // Journal of Soil Mechanics & Foundations Div. 1972. Vol. 98. Pp. 265–290.
  9. Ladanyi B. Expansion of cavities in brittle media // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1967. Vol. 4. Pp. 301–328.
  10. Yanagisawa E., Panah A.K. Two dimensional study of hydraulic fracturing criteria in cohesive soils // Soils and Foundations. 1994. Vol. 34. Issue 1. Pp. 1–9.
  11. Zeng K.H., Yin Z.Z. Factors affecting hydraulic fracturing of high earth core dams // Journal of Hohai University. 2000. Vol. 28. Issue 3. Pp. 1–6.
  12. Enyue J., Shengshui C., Zhongzhi F. Research on Criterions of Hydraulic Fracturing in Earth Core Rockfill Dams // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 304. P. 022032.
  13. Jaworski G.W., Duncan J.M., Seed H.B. Laboratory study of hydraulic fracturing // Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE. 1981. Vol. 107. Issue GT6. Pp. 713–732.
  14. Cambefort H. Discussion on Laboratory study of hydraulic fracturing // Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE. 1982. Vol. 108. Issue GT11. Pp. 1497–1506.
  15. Fukushima S. Hydraulic fracturing criterion in the core of fill dams // Report of Fujita Kogyo Technical Institute. 1986. Vol. 22. Pp. 131–136.
  16. Panah A.K., Yanagisawa E. Laboratory studies on hydraulic fracturing criteria in soil // Soils and Foundations. 1989. Vol. 29. Issue 4. Pp. 14–22.
  17. Liu L.Y., Cui Y.H., Zhang G.W. The property of hydraulic fracture of wide grading gravelly soil // Chinese Journal of Geotechnical Engineering. 1998. Vol. 20. Issue 3. Pp. 10–13.
  18. Mori A., Tamura M. Hydrofracturing pressure of cohesive soils // Soils and Foundations. 1987. Vol. 27. Issue 1. Pp. 14–22.
  19. Decker R.A., Clemence S.P. Laboratory study of hydraulic fracturing in clay : in Proceedings of the 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, Sweden. 1981. Vol. 1. Pp. 573–575.
  20. Andersen K.H., Rawlings C.G., Lunne T.A., By T.H. Estimation of hydraulic fracture pressure in clay // Canadian Geotechnical Journal. 1994. Vol. 31. Pp. 817–828.
  21. Henkel D.J. The relationship between the strength, pore water pressure and volume change characteristics of saturated clays // Geotechnique. 1959. Vol. 9. Pp. 119–135.
  22. Djarwadia D., Suryolelonob K.B., Suhendrob B., Hardiyatmo H.C. Stress-path on the hydraulic fracturing test of the clay core of rock fill dams in the laboratory // Procedia Engineering. 2015. Vol. 125. Pp. 351–357.
  23. Murdoch L.C. Hydraulic fracturing of soil during laboratory experiments. Part 1. Methods and observations // Geotechnique. 1993. Vol. 43. Issue 2. Pp. 255–265.
  24. Murdoch L.C. Hydraulic fracturing of soil during laboratory experiments. Part 2. Propagation // Geotechnique. 1993. Vol. 43. Issue 2. Pp. 267–276.
  25. Murdoch L.C. Hydraulic fracturing of soil during laboratory experiments. Part 3. Theoretical // Geotechnique. 1993. Vol. 43. Issue 2. Pp. 277–287.
  26. Murdoch L.C., Slack W.W. Forms of hydraulic fractures in shallow fine-grained formations // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE. 2002. Vol. 128. Issue 6. Pp. 479–487.
  27. Wang J.J., Zhang H.P., Zhao M.J., Lin X. Mechanisms of hydraulic fracturing in cohesive soil // Water Science and Engineering. 2009. Vol. 2. Issue 4. Pp. 95–102.
  28. Murdoch L.C. Mechanical analysis of idealized shallow hydraulic fracture // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE. 2002. Vol. 128. Issue 6. Pp. 488–495.
  29. Vallejo L.E. Shear stresses and the hydraulic fracturing of earth dam soils // Soils and Foundations. 1993. Vol. 33. Issue 3. Pp. 14–27.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».