The epsilon method: analysis of seepage beneath an impervious dam with sheet pile on a layered soil

ISSN： 1208-6010

Source： Canadian Geotechnical Journal, Vol.43, Iss.1, 2006-01, pp. : 59-69

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Abstract

An approximate solution method, referred to as the epsilon method, allows flow characteristics such as flow rate and exit gradient to be determined for seepage through a two-layer soil system. The finite element program SEEP was employed to analyze flow characteristics of an impervious dam with sheet pile on a layered soil. Extensive analyses were performed for different conditions, including soil layer thickness, soil hydraulic conductivity, dam width, and sheet pile depth. The flow rate and exit gradient were determined for each condition analyzed. The results were reduced to simple charts, called the epsilon curves. The epsilon curves allow a designer to obtain solutions to the seepage problem without a computer code and to verify solutions obtained from a computer code. They are especially useful when searching for an optimum design of a masonry dam. The epsilon curves can be extended to a soil system comprising more than two layers. An example of a single-row sheet pile structure in a three-layer system is given to illustrate how to use the method for multiple-layer systems. The method was verified by comparing the results with those obtained from the SEEP program, and excellent agreement was noted.Key words: seepage, dam, sheet pile, layered soil, hydraulic conductivity.Une méthode de solution approximative, appelée la « méthode epsilon », permet de déterminer les caractéristiques d'écoulement telles que le débit et le gradient de sortie pour l'écoulement à travers un système bicouche de sol. Un programme d'éléments finis SEEP a été utilisé pour analyser les caractéristiques d'un barrage imperméable avec palplanches d'acier reposant sur un sol multicouche. On a réalisé des analyses élaborées pour différentes conditions, incluant l'épaisseur de la couche de sol, la conductivité hydrauliques du sol, la largeur du barrage, et la profondeur des palplanches d'acier. Le débit et le gradient de sortie ont été déterminés pour chaque condition analysée. Les résultats ont été réduits dans de simples graphiques, appelés « courbes epsilon. » Les courbes epsilon permettent au concepteur d'obtenir des solutions aux problèmes d'écoulement sans avoir recours à un programme d'ordinateur, et permettent également au concepteur de vérifier les solutions obtenues avec un programme d'ordinateur. Elles sont particulièrement utiles lorsqu'on cherche à définir une conception optimale d'un barrage en maçonnerie. L'application des courbes epsilon peut être élargie à une système de sol comprenant plus de deux couches. On donne un exemple d'une structure comprenant une seule rangée de palplanches d'acier dans un système de trois couches de sol pour illustrer comment utiliser la méthode pour des systèmes multicouche. La méthode a été vérifiée en comparant les résultats avec ceux obtenus avec le programme SEEP. On a noté une excellente concordance.Mots clés : écoulement, barrage, palplanches d'acier, couches de sol, conductivité hydraulique.[Traduit par la Rédaction]