I Figur 6.2 presenteras utvecklingen av vattenmättnadsgrad, Sr, och relativ hydrau-lisk konduktivitet, krel, från vilofasen och fram till tidpunkten 115 dagar. Den relativa hydrauliska konduktiviteten beskriver hur stor procentuell del av den vattenmättade hydrauliska konduktiviteten som utvecklats i materialet. Mer information om beräk-ningsfaserna ges i kapitel 5.5.4.
(a) Vilofas: Sr. (b) Vilofas: krel.
(c) 20,2 dagar: Sr. (d) 20,2 dagar: krel.
(e) 53,1 dagar: Sr. (f) 53,1 dagar: krel.
(g) 68,1 dagar: Sr. (h) 68,1 dagar: krel.
(i) 81,9 dagar: Sr. (j) 81,9 dagar: krel.
(k) 115 dagar: Sr. (l) 115 dagar: krel.
Vattenmättnadsgrad, Sr
0% 50% 100%
Relativ hydraulisk konduktivitet, krel
0,0 0,5 1,0
6.2.1 Vilofas
I slutet av vilofasen (Figur 6.2a) går det att se hur tätkärnans vatteninnehåll varierar, hur vatteninnehållet är som lägst i toppen av tätkärnan och ökar sedan gradvist när-mare botten. Det är rimligt att vatten finns kvar i tätkärnan efter vilofasen eftersom materialegenskaperna för tätkärnan beskriver ett fint material med låg hydraulisk kon-duktivtet samt att tätkärnan har konstruerats med ett fördefinierat vatteninnehåll. Det är också troligt att vatten fanns kvar i den verkliga dammens tätkärna efter vilofasen då tätkärnans material innehåller 26% finjord och konstruerades med ett fördefinierat vatteninnehåll.
Finjordshalten tillsammans med den låga hydrauliska konduktiviteten gör att tätkär-nan har en förmåga att hålla kvar vatten vid porundertryck, vilket styrs av materialets vattenbindningskurva som presenterades i Figur 5.7. Det är även rimligt att vatten-innehållet i tätkärnan är graderat då jordmaterialet har konsoliderat under vilofasen. Trenden för det graderade vatteninnehållet i tätkärnan stämmer överens med hur Costa och Alonso (2009) beskriver fördelningen av vattenmättnadsgrad i Figur 2.21.
Det går även att se hur finfiltret, i slutet av vilofasen (Figur 6.2a), har ett graderat vatteninnehåll på liknande sätt som tätkärnan. Vatteninnehållet i finfiltret är mycket lägre än i tätkärnan vilket det också borde vara då finfiltret har en lägre finjordshalt och högre hydraulisk konduktivitet än tätkärnan vilket medför att inte lika mycket vatten kan hållas kvar i materialet. Men också för att finfiltret inte konstruerades med något fördefinierat vatteninnehåll. Vattenförekomsten i finfiltret beror på att vatten transporterats från tätkärnan till finfiltret under konsolideringen. I slutet av vilofasen har grovfiltret och stödfyllningen i stort sett inget vatteninnehåll. Detta eftersom både grovfiltret och stödfyllningen utgörs av grövre friktionsjord som är fullt dränerande och saknar därmed förmågan att hålla kvar vatten vid högre porundertryck.
6.2.2 Fyllning av vatten
Vid tidpunkten 20,2 dagar har samtliga jordmaterial under portryckslinjen en vatten-mättnadsgrad på 100% (Figur 6.2c) och en relativ hydraulisk konduktivitet på 1,0, det vill säga en fullt utvecklad hydraulisk konduktivitet (Figur 6.2d). Ovan portryckslinjen råder omättade förhållanden och det går att se hur vattnet stiger kapillärt i tätkärnan och i finfiltret (Figur 6.2c). Den kapillära stigningen av vatten är större i tätkärnan än finfiltret vilket korresponderar bra med respektive vattenbindningskurva i Figur 5.7.
I grovfiltret och stödfyllningen sker i stort sett ingen kapillär stigning av vatten och vattenmättnadsgraden är huvudsakligen 0%. Den kapillära stigningen av vatten, i tät-kärnan och finfiltret, ger upphov till att den relativa hydrauliska konduktiviteten (Figur 6.2d) minskar gradvist i den omättade zonen ovan portryckslinjen. Eftersom kapillär stigning av vatten medför ett ökat vatteninnehåll i jordmaterialet borde rimligtvis den relativa hydrauliska konduktiviteten öka med ökat vatteninnehåll, vilket modellen också fångar upp.
Vid tidpunkten 53,1 dagar kommer tätkärnan och finfiltret att hålla kvar vatten fastän vattennivån sänkts (Figur 6.2e). Sänkningen av vattennivån sker snabbare än dräne-ringen av tätkärnan eller finfiltret. Däremot kommer dränering av grovfiltret och stöd-fyllningen ske i takt med sänkningen av vattennivån. Även här går det att urskilja hur den relativa hydrauliska konduktiviteten i tätkärnan och finfiltret minskar gradvist i den omättade zonen ovan portryckslinjen (Figur 6.2f), vilket styrs av det rådande vatteninnehållet.
Vid den maximala vattennivån, 81,9 dagar (Figur 6.2i), och vid jämviktstillstånd, 115 dagar (Figur 6.2k), har i stort sett tätkärnan en vattenmättnadsgrad på 100%. I det övre högra hörnet av tätkärnan är vattenmättnadsgraden omkring 90% och ökar gradvist närmare portryckslinjen. Tätkärnans relativa hydrauliska konduktivitet, i Figurer 6.2j och 6.2l, minskar gradvist i den omättade zonen men kommer alltid vara större än noll på grund av det höga vatteninneållet.
Trenden för våtfrontens utveckling (100% vattenmättnadsgrad) genom tätkärnan i Figu-rer 6.2a, 6.2c, 6.2g och 6.2k överensstämmer med hur Costa och Alonso (2009) beskriver vattenmättnadsgradens utveckling i Figur 2.22.
6.2.3 Utveckling av vattenmättnadsgrad i mätpunkter
Utvecklingen av vattenmättnadsgrad i mätpunkterna för portrycksgivare i den finita elementmodellen tillsammans med vattennivån presenteras i Figurer 6.3, 6.4 och 6.5, där vattenmättnadsgrad i procent finns på den vänstra y-axeln, vattennivån i meter finns på den högra y-axeln och tid i dagar på x-axeln. I Figurer 6.3, 6.4 och 6.5 illustreras även skalenlig placering av mätpunkterna i de aktuella materialzonerna där varje skalstreck är 0,6 meter.
6.2.3.1 Mätpunkter i fin- och grovfilter
Vid tidpunkten 0 dagar i Figur 6.3 går det att se hur mätpunkterna P2, P5 och P6, som är lokaliserade i finfiltret, har en vattenmättnadsgrad på omkring 30%. Detta åter-speglar beteendet som visades i Figur 6.2a, att vatten konsoliderar från tätkärnan till finfiltret under vilofasen. Mätpunkten P1 har vid tidpunkten 0 dagar en vattenmätt-nadsgrad omkring 2%. Mätpunkterna P2 och P5 som båda är lokaliserade på samma nivå i finfiltret, fast på uppströms- respektive nedströms sida, kommer vattenmättas olika snabbt. P5 vattenmättas i samma takt som ökningen av vattennivån medan vat-tenmättningen av P2 är fördröjd på grund av att vattnet måste passera tätkärnan vilket bromsar vattnets framskridande.
Mätpunkterna P1 och P2 är lokaliserade i nedströms grov- respektive finfilter, och portryckslinjen kommer alltid att vara belägen under mätpunkterna vilket kan ses i Figur 6.2. Den ökande vattenmättnadsgraden för P1 och P2 är således resultatet av ka-pillär stigning av vatten. Det går även att se hur vattenmättnadsgraden i P1 är omkring 45% vid jämvikt medan vattenmättnadsgraden i P2 är omkring 98% vid jämvikt. Det är rimligt att den kapillära stigningen i P2 är högre än i P1 eftersom finfiltret innehåller finare jordpartiklar än grovfiltret. Dock råder osäkerhet i huruvida magnituden av den
kapillära stigningen i grovfiltret är realistisk eller inte. Ett så pass grovt och någorlun-da ensgraderat material som grovfiltret bör rimligtvis inte uppvisa någon betynågorlun-dande kapillär stigning.
Figur 6.3: Utveckling av vattenmättnadsgrad i mätpunkt P1, P2, P5 och P6.
6.2.3.2 Mätpunkter i tätkärnan
I slutet av vilofasen och början av fyllningen (tidpunkten 0 dagar) går det att se, i Figurer 6.4 och 6.5, hur samtliga mätpunkter i tätkärnan har ett vatteninnehåll. Vatte-ninnehållet är som minst i toppen av tätkärnan och ökar gradvist närmare botten, som också kunde ses i Figur 6.2a. Vattenmättnadsgraden vid tidpunkten 0 dagar varierar från ungefär 65% för de lägst lokaliserade mätpunkterna (P3 och P4) till ungefär 74% för de högst lokaliserade mätpunkterna (P11 och P12).
Under uppfyllnad kommer mätpunkterna P4, P8, P10 och P12, som är lokaliserade på uppströms sida av tätkärnan, att påverkas snabbare av den ökande vattennivån än mätpunkterna P3, P7, P9 och P11, på nedströms sida av tätkärnan. Vattenmättnads-graden i mätpunkterna på uppströms sida av tätkärnan kommer öka snabbare jämfört med motsvarande mätpunkt i samma nivå, fast på nedströms sida. P4 kommer exem-pelvis att komma upp i 100% vattenmättnad efter ungefär 10 dagar medan P3 först blir 100% mättad efter ungefär 15 dagar, en fördröjning på ungefär fem dagar. Fördröj-ningen på omkring fem dagar är effekten av att tätkärnan begränsar vattenflödet vilket gör att samtliga mätpunkter på nedströms sida av tätkärnan har en fördröjd respons.
Vattenmättnadsgraden i mätpunkterna P8, P10 och P12 (uppströms sida av tätkärnan) påverkas mer av sänkningen av vattennivån än motsvarande punkter P7, P9 och P11 på nedströms sida. Vatteninnehållet i P9 och P11 förblir någorlunda konstant även fast vattennivån sänks (20,2 - 53,1 dagar) medan vatteninnehållet i P10 och P12 kommer att minska. Detta beror på att våtfrontens utveckling genom tätkärnan, se Figur 6.2c, har större effekt på de uppströms lokaliserade mätpunkterna som är mer mottagliga för snabba förändringar i vattennivå och således förändringar i vattenmättnadsgrad.
Inverkan av våtfrontens utveckling går även att se mellan P7 och P8 som ligger på samma nivå men på olika sidor av tätkärnan. P8 som ligger på uppströms sida hinner komma upp i 100% vattenmättnadsgrad innan vattennivån börjar sänkas, medan P7 på nedströms sida inte hinner komma upp i 100% vattenmättnad.
Värt att påpeka är att vattenmättnadsgraden i P9 och P11 inte når 100% vid jämvikt. Anledningen till detta är att vid jämviktstillstånd är våtfronten genom tätkärnan, se Figur 6.2k, belägen under punkterna P9 och P11. Detta tydliggörs i Figur 6.7, där både P9 och P11 uppvisar porundertryck vid jämvikt.
Figur 6.4: Utveckling av vattenmättnadsgrad i mätpunkt P3, P7, P9 och P11.