This report describes practical design methods for dam foundations on rock. The practical aspect is fundamental since only those methods actually used by designers that have been tried and tested in practice offer any real utility. Although well known, the limit equilibrium method for rigid rock tetrahedrons is discussed because it is the first step when confronted with a three-dimensional problem and a foundation containing geological discontinuities. Finite element methods represent a crucial development provided the discontinuities, effects of seepage and any untensioned steel reinforcement are included. Two examples in which the problems could be reduced to two dimensions are described, and a third considers the dam and foundation together, including the geological discontinuities. This global method now being developed, which reproduces the geometry, mechanics and kinematics of the three-dimensional indeterminate structure is a logical and worth-while offshoot of the rigid tetrahedron analysis.
Ce rapport présente des méthodes pratiques de calcul des fondations rocheuses des barrages. L'aspect pratique est fondamental car seule une méthode effectivement utilisée par des projeteurs et ayant reçu la sanction de l'expérience présente une utilité réelle. La méthode des équilibres limites d'un tétraèdre rigide est reprise, bien qu'elle soit connue, car elle demeure la méthode de base à appliquer avant toute autre lorsque le problème est tridimensionnel et que la fondation contient des discontinuités géologiques. Les méthodes d'éléments finis permettent un développement fondamental sous réserve de représenter les discontinuités, les effets de l'eau, éventuellement les armatures passives. Deux exemples sont donnés où le problème a pu être ramené à une analyse bidimensionnelle. Un troisière exemple traite globalement le barrage et sa fondation, y compris les discontinuités géologiques. Cette méthode globale, en cours de développement, où la structure est représentée dans sa réalité géométrique, mécanique et cinématique, tridimensionnelle et hyperstatique est le développement naturel et utile de la méthode du tétraèdre rigide.
Dieser Bericht beschreibt die praktischen Berechnungsverfahren für die Felsfundamente von Talsperren. Grundlegend ist dabei die praktische Seite, denn nur ein Verfahren, das in der Tat von Entwerfern angewandt ist, und das sich durch Erfahrung bewahrt hat, kann von wirklichem Nutzen sein. Das Verfahren der Grenz-Gleich- gewichtszustähde eines starren Tetrahedrons ist wieder angeführt, obgleich schon bekannt, da es das Grundver- fahren bleibt, das vor allen anderen anzuwenden ist, wenn das Problem ein dreidimensionales ist, und wenn das Fundament Unterbrechungen im geologischen Aufbau vorweist. Die finiten Elemente Verfahren ermöglichen grund- legende Entwicklungen, unter dem Vorvehalt, dass die Unterbrechungen im geologischen Aufbau, die Wasserdruckein- wirkungen und gegebenenfalls die passive Bewehrung in Betracht gezogen werden. Zwei Beispiele werden angeführt, wo das Problem auf eine zweidimensionale Untersuchung zurückgebracht werden konnte. Ein drittes Beispiel behandelt die Sperre und ihr Fundament als eine Einheit, zusammen mit den Unterbrechungen im geologischen Aufbane. Dieses Globalverfahren, das sich noch im Entwicklungsstadium befindet, und für dies die Struktur wirklichkeits- gemass in ihrer Geometrie, ihrem mechanischen und kinematischen und statisch unbestimmten Verhalten, im drei- dimensionalen Raum behandelt wird, ist die natürliche und nutzbare Weiterentwicklung des Verfahrens des starren Tetrahedrons.
N.B. IMs translation of the French paper, "Le calcul pratique des fondations rocheuses de barrages", was prepared at the University of Minnesota and has been reviewed by the authors.
This paper describes methods used by one firm of consultant engineers for practical design of dam foundations on rock. The engineering approach taken is· determined principally by the very nature of rock masses. Thus, rock may be distinguished from the usual civil engineering materials (e.g. metals, concrete, soils), for which continuum mechanics analysis is a satisfactory design approach, by the following four fundamental characteristics : (a) A rock mass is a natural material, with properties and inhomogeneities which are the result of a long and largely unknown history; its interior, most of which is not accessible to direct observation, can never be completely known. (b) A rock mass is a discontinuous material - due to the existence of joints (sedimentary or fracture); these surfaces have mechanical properties that are much 'weaker' than those of the rock matrix. (c) A rock mass is an anisotropic material, with joints and surfaces of discontinuity being oriented in a few specific directions. (d) The rock mass is a material with a low void ratio, at least so far as the flat joints (which so strongly influence the hydraulic conductivity tensor of the rock mass) are concerned. These fundamental characteristics pose difficult problems for the engineer. They control the detail and significance of an analysis, which explains why it is necessary that they be noted at the start of this discussion. He must also take into account the variability of testing results as well as the important size and shape effects which arise from the discontinuous nature of rock masses.
