Investigating concentrated leak erosion behaviour of cohesive soils by performing hole erosion tests

Abstract

Internal erosion by piping is one of the common causes of failure of embankment dams and dykes. This phenomenon occurs when preferential flow paths develop in the earthfill or foundation; through these water flows, carrying away particles of soil and leading to the formation and the evolution of a continuous ‘pipe’ between the upstream and the downstream side. A series of hole erosion tests were conducted on cohesive soils in order to quantify critical shear stress and the coefficient of erosion: white kaolinite, proclay kaolinite and a hostun sand/proclay kaolinite mixture. The effects of compaction energy, moisture content, degree of saturation and the percentage of fines were investigated. The experimental results show that these parameters play a key role in the erosion characteristics.

L’érosion de conduit est l’une des causes les plus fréquentes de rupture des barrages en remblai et digues. Ce phénomène se produit lorsqu’un chemin préférentiel d’écoulement se développe dans le remblai ou la fondation et à travers lequel l’eau s’écoule en arrachant et transportant les particules de sol à l’extérieur de l’ouvrage, conduisant ainsi à la formation et l’évolution continue d’un conduit entre l’amont et l’aval. Une série d’essais d’érosion de trou a été menée sur des sols cohérents afin de quantifier la contrainte critique d’érosion et le coefficient d’érosion: Kaolinite Blanche, Kaolinite Proclay et mélange sable d’Hostun/Kaolinte Proclay. L’influence de la teneur en eau, du degré de saturation, de l’énergie de compactage, et du pourcentage des fines a été étudiée. Les résultats expérimentaux montrent que ces paramètres jouent un rôle clé sur les caractéristiques d’érosion.

Keywords:

• internal erosion
• piping
• experimental study
• cohesive soils
• critical shear stress
• rate of erosion
• hydraulic works

Mots-clés:

• érosion interne
• renard hydraulique
• étude expérimentale
• sols cohésifs
• contrainte critique
• coefficient d’érosion
• ouvrages hydrauliques

Acknowledgements

The authors would like to thank Faustine Byron for her valuable contribution to the experimental testing program. This project is sponsored by the Région Provence Alpes Côte d’Azur, the French National Research Agency under grant 0594C0115 (ANR-ERINOH), and the French Institute for Applied Research and Experimentation in Civil Engineering (IREX).