New Techniques for Studying Seepage Problems Using Models
Authors: Dixon R. K. 
Published: October 2009

Synopsis

A technique for overcoming the effects of capillary rise in model seepage studies where there is a free surface is described: the porous medium (sand) is pre-treated with a water-repellent silicone. The method of pre-treatment is given, and the effect this has on capillarity and permeability is considered.

The use of an electrical probe to locate water surfaces and any associated zones of partial saturation in capillarity and model seepage tests is described. A second electricaltechnique to determine hydraulic potential by electrical analogy applied direct to the model using the percolating water as an electrolyte is also described.

Two-dimensional seepage tests employing these various techniques have been performed on four types of model: an earth dam; an idealized dam with a parabolic upstream face; a vertical wall; and a uniform open channel.

The accuracy with which the free surfaces (and in one case, seepage surface) are simulated by the models is assessed. The hydraulic potentials found by direct observation, by electrical analogy applied to the model, and by calculation, are compared. Comparison is also made between calculated and measured rates of flow.

A three-dimensional seepage test has been performed without taking measurements; viewsof the free surface in three dimensions are shown.

The extension of these techniques to the study of unsteady three-dimensional flow witha free boundary through anisotropic soil of composite section is discussed.

Appendices outline the chemistry of the sand treatment and compare the mechanisms of capillary rise in the treated and untreated sand.

On décrit une méthode pour surmonter les effets de la montée capillaire dans des études de la filtration sur maquette oů une surface libre existe: le milieu poreux (sable) est trait´ au préalable au moyen d'un silicone hydrophobant. On décrit la méthode de traitement préalable, et l'on considere les effets qu'elle a sur la capillarité et la perméabilité.

Une méthode pour localiser les surfaces d'eau et les zones de saturation partielle qui leur sont associées, dans des essais de capillarité et de filtration sur maquette en utilisant une sonde électrique, fait l'objet d'une description. Une seconde technique Clectrique pour Ctablir le potentiel hydraulique paranalogie électrique appliquée directement à la maquette en utilisantl'eau filtrante en qualité d'électrolyte est aussi dérite.

Des essais de filtration à deux dimensions utilisantces différentes techniques ont été effectués sur quatre types de maquettes: un barrage en terre, un barrage idéalisé à paroi en amont parabolique, unmur vertical, et un canal ouvert uniforme.

La précision avec laquelle les surfaces libres (et dans un cas, la surface de filtration) sont simulées par les maquettes est évaluée Les potentiels hydrauliques trouvés par observation directe, par analogie électrique appliquee à la maquette, et par le calcul, sont comparés. Une comparaison est aussi faite des taux d'écoulement calculés et mesures.

Un essai de filtration à trois dimensions a été effectué sans prendre de mesures; des vues de la surface libre en trois dimensions sont présentées.

Une application plus étendue de ces techniques à l'étude d'un écoulement instable à trois dimensions avec une limite libre à travers un sol anisotropique de coupe composite fait l'objet d'une discussion.

Des annexes donnent un apercu de la chimie relative au traitement du sable, et comparent les mécanismes de la montée capillaire dans le sable traité et non traité.