The instrumentation installed on dams have increased, which creates a demand for the dam owners to monitor and analyze data from the instrumentation. Swedish dam owners use the computer program IntelliDAM to monitor data from the dams. IntelliDAM can for example be used to create diagrams and tables, edit incorrect data and to determine alarm values, which can increase dam safety. This thesis aims to create a support to use IntelliDAM for analysis and evaluation of an embankment dam. The support aims to be easy to use, to create an overview of the instrumentation data, to be used to evaluate the situation in the dam, and to be used when creating similar supports for other dams. Based on information about embankment dams and instrumentation, pore pressure was set as the main factor in the evaluation. Secondary factors in the evaluation were turbidity, water flow, precipitation, and temperature. To create the support the program MapInfo initially was used to generate layouts of the dam with dots representing instrumentation. The layouts from MapInfo were uploaded to IntelliDAM and connected to instrumentation data and diagrams. An instruction describing the process for creating the support was written. Finally, the author of this thesis has discovered flaws in the program IntelliDAM and in the instrumentation data, which affects the created support. The information would improve with correct data and possibilities to visualize data based on other variables than time.

Fyllningsdammar har alltid ett naturligt läckage då jordmaterialet som används har en viss permeabilitet. Detta acceptabla naturliga läckage är viktigt att övervaka för att kontrollera att läckageflödet håller sig inom förväntade värden. Om läckaget blir för stort, kan det leda till felmoder som i sin tur leder till dammbrott. Damminstrumentering som möjliggör övervakning av läckage i fyllningsdammar är ett krav enligt RIDAS. På nedströmssidan av fyllningsdammar finns det dränagerör som samlar upp och leder läckagevatten till platser där läckaget mäts med något slags instrument. Detta mätinstrument mäter inte endast läckaget genom fyllningsdammar, utan påverkas även av yttre faktorer såsom nederbörd och evapotranspiration. Detta examensarbete syftar därför att utveckla en generell metod för läckageövervakning vid fyllningsdammar, för att erhålla det normala läckaget. Hur det normala läckaget kan erhållas allmängiltigt för fyllningsdammar har presenterats. Det normala läckaget genom dammkroppen kan antingen erhållas med hjälp av fysikalisk läckageberäkning (qD1,Fysikalisk) eller från läckagemätning (qD1,Läckagemätning). Fysikalisk läckageberäkning bygger på en genomströmningsmodell baserat på fysikaliska samband. Läckage från läckagemätning baseras på en vattenbalansekvation där läckageflödet är en term av flera, som uppmätt läckage nedströms dammen, nederbörd och avdunstning. En fallstudie har genomförts för en av Vattenfalls dammanläggningar för att testa den metodik som framtagits för erhållande av det normala läckaget. De fysikaliska läckageberäkningarna har modellerats fram med hjälp av COMSOL Multiphysics och läckaget från läckagemätningarna har beräknats fram med hjälp av vattenbalansekvationen och indata på hydrologi. Resultatet visar att det är viktigt att ta hänsyn till de yttre faktorerna från vattenbalansekvationen eftersom dessa kan ha en betydande påverkan på det läckageflöde som faktiskt mäts. Vidare bedöms det betydande att modellera läckage baserat på en fysikalisk baserad strömningsmodell eftersom detta värde sällan finns idag. Då kan en jämförelse av läckage från läckagemätningar jämföras med det fysikaliska läckaget. Det bedöms att beräkning av läckage från läckagemätningar med hjälp av vattenbalansekvationen är en bra metod för att beräkna läckaget genom dammar. Dock behöver den studerade dammanläggningen en djupare analys för att senare kunna tillsätta gränsvärden. Detta genom att även undersöka läckage under dammkroppen och magasinsförändringar vid beräkning av läckage från läckagemätningar. Det fysikaliska läckaget genom att modellera genomströmningen för hela geometrin och genom att utföra en tidsberoende modellering. / Embankment dams are not completely impervious as its core materials has a certain permeability. This seepage is important to monitor to follow-up to ascertain that it stays as expected. If the seepage increase above design, failure modes could occur and ultimately a dam failure. The Swedish dam safety guideline RIDAS deals with this safety aspect by requirements on instrumentation to measure seepage. Downstream embankment dams, drainage leads seepage water to an outflow point where seepage can be measured. However, at these points the measured flow also is impacted by external factors such as precipitation and evapotranspiration. The aim of this report is to propose a method where the measured flow by post-processing can exclude the impact of these external factors. The normal seepage through a dam can either be obtained by modelling (where the physical seepage has been obtained based on physical relationships) or by a water balance equation (where the seepage from measurement downstream a dam is a part of the water balance equation, including the impact by precipitation and evapotranspiration. A case study has been carried out on a dam operated by Vattenfall, as a means to assess the proposed methodology. The seepage has been modelled using the COMSOL Multiphysics software, and the seepage from measurements has been calculated by the water balance equation. The results show that it is important to take into account external factors as it clearly affects the measured seepage flow. Furthermore, it is of great importance to calculate the theoretical design seepage, which is a threshold value level that is rarely modelled today. If both the seepage from measurements and theoretical seepage is obtained, a comparison of these can be made. The seepage from measurements (with the help of the water balance equation) is a good method to obtain embankment dam seepages. However, the results from the case study implies that further work is needed to be able to set relevant limit values.

Under hösten 2019 har Vattenfall Research & Development byggt en experimentell jordfyllningsdamm i Älvkarleby med dimensionerna 20x15x4 meter. Delar av experimentdammen är konventionellt konstruerade och har installerats med geoteknisk utrustning som utgörs av bland annat inklinometrar och portrycksgivare. Andra delar av experimentdammen har byggts in med defekter som ska representera åldersrelaterade skador eller utförandefel vid konstruktion. Experimentdammen ger möjlighet att under realistiska och kontrollerade förhållanden studera det mekaniska beteendet i samband med fyllning av vatten och vidare drift med hjälp av den geotekniska instrumenteringen samt med stöd av numerisk modellering. I detta examensarbete, som utgör en del av Luleå tekniska universitets forskningsprojekt mot experimentdammen, har experimentdammens beteende i form av deformationer och portryck studerats under uppfyllnad och drift fram till sommaren 2021. Detta har utförts genom simuleringar i det finita elementprogrammet PLAXIS 2D 2019 för en tvärsektion av experimentdammen i plant-deformationstillstånd. Mätpunkterna i modellen har baserats på faktisk placering av den geotekniska instrumenteringen. Den finita elementmodellen av experimentdammen har konstruerats och fyllts med vatten enligt dokumentation från fält. En flödes-deformationsanalys, med den konstitutiva modellen Hardening Soil och den hydrauliska modellen van Genuchten, har tillämpats för att modellera den simultana utvecklingen av portryck och deformationer under uppfyllnad. Materialparametervärden för den finita elementmodelleringen har erhållits från Vattenfall R&D, relevant litteratur och från fält- och laboratorieförsök. I fält har vattenvolymeterförsök utförts på tätkärnan och i laboratoriemiljö har modifierad proctorpackning, dränerade konventionella triaxialförsök, permeabilitetsförsök och övertryckskapillarimeterförsök utförts på tätkärnans material. Resultatet från övertryckskapillarimeterförsök har anpassats mot den hydrauliska modellen van Genuchten för att uppskatta en vattenbindningskurva som beskriver det icke-linjära förhållandet mellan jordens vatteninnehåll och porundertryck, det vill säga det omättade förhållandet. Vattenbindningskurvor för övriga materialzoner har uppskattats baserat på litteratur. Verktyget PLAXIS SoilTest har använts för att optimera materialparametervärden för tätkärnan mot resultat från utförda triaxialförsök. Materialparametrarna E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, och ϕ har optimerats fram till brott i triaxial belastning. En känslighetsanalys har utförts för reduktion av filterzonernas och stödfyllningens styvhetsmoduler och deras inverkan på horisontella deformationer i dammkroppen under uppfyllnad. Känslighetsanalysen indikerar att finfiltrets styvhetsmoduler har störst inverkan och grovfiltrets styvhetsmoduler har minst inverkan på de horisontella deformationerna. Studiens resultat visar att magnituden av horisontella och vertikala deformationer kommer vara som störst i den övre delen av dammkroppen och uppgår där till 3,5 respektive 4,0 mm. Dammkroppens huvudsakliga rörelse kommer vara i nedströms riktning och det observerades hur en kontaktzon mellan uppströms filterzon och tätkärnan utgör en gräns för riktning av deformationer. Faktiskt uppmätta rörelser i installerade inklinometrar kunde inte jämföras mot deformationer i den finita elementmodellen eftersom författarens tolkning indikerar på att botten av inklinometrarna har rört på sig, och mätpunkterna i botten av modellen är fixerade. Modellen visar hur en fördröjd utveckling av vattenmättnad sker genom tätkärnan, där uppströms sida av tätkärnan reagerar snabbare på förändringar i vattennivå jämfört med nedströms sida av tätkärnan som uppvisar en fördröjd respons. Vid en sänkning av vattennivån observerades hur tätkärnan håller kvar vatten ovan portryckslinjen medan de grövre materialen dränerar i takt med vattennivåns sänkning. Utvecklingen av de simulerade portrycken i modellen under uppfyllnad och drift överensstämmer bra med de uppmätta portrycken i experimentdammen, när portrycken är positiva. Det observeras hur den finita elementmodellen överskattar negativa portryck (porundertryck). Portrycken i modellen når ett stadigt tillstånd ungefär 115 dagar efter att fyllningen av vatten påbörjats. Den finita elementmodellen lyckas att återge det teoretiska beteendet av jordfyllningsdammar under fyllning i form av huvudsakliga riktningar av deformationer och utveckling av vattenmättnad i tätkärnan. Denna studie bidrar till en djupare förståelse för experimentdammens, och i allmänhet jordfyllningsdammars, mekaniska beteende under uppfyllnad. Resultaten från den finita elementmodellen kan ur ett dammsäkerhetsperspektiv användas för erhålla indikationer på utvecklingen av deformationer, portryck och vattenmättnadsgrad i jordfyllningsdammar under uppfyllnad, och även under en tillfällig sänkning av vattennivån under den första fyllningen. Studien ger också indikationer på vilka materialparametrar som är viktiga vid numerisk modellering av mekaniskt beteende i jordfyllningsdammar. / During the autumn of 2019, Vattenfall Research & Development constructed an experimental embankment dam in Älvkarleby with the dimensions 20x15x4 metres. Parts of the experimental dam are conventionally constructed and have been equipped with geotechnical instrumentation which consist of, among other things, inclinometers and pore pressure transducers. Other parts of the experimental dam have built in defects to represent age-related damages or execution errors during construction. The experimental embankment dam provides the opportunity to, under realistic and controlled conditions, study the mechanical behaviour during filling of water and operation by means of the geotechnical instrumentation and the use of numerical modelling. In this master’s thesis, which forms part of Luleå University of Technology’s research project towards the experimental dam, the behaviour of the experimental dam in terms of deformations and pore pressures have been studied during filling and operation until the summer of 2021. This has been performed by simulations in the finite element program PLAXIS 2D 2019 for a cross section of the experimental dam under plane-strain conditions. Measuring points in the model have been based on the actual location of the geotechnical instrumentation. The finite element model of the experimental dam has been constructed and filled according to documentation from field. A fully-coupled flow deformation analysis, with the constitutive model Hardening Soil and hydraulic model van Genuchten, has been utilised to model the simultaneous development of pore pressure and deformations during filling. Values of material parameters for the finite element modelling have been received from Vattenfall R&D, relevant literature and from field- and laboratory tests. In the field, balloon tests have been performed on the core material. In laboratory environment, modified proctor compaction tests, drained conventional triaxial tests, permeability tests and pressure plate tests have been performed on the core material. Results from the pressure plate tests have been adapted to the hydraulic model van Genuchten to estimate a soil-water characteristic curve in order to describe the non-linear relation between the water content and suction in the soil, i.e. unsaturated conditions. Soil-water characteristic curves for the other material zones have been estimated based on literature. The tool PLAXIS SoilTest has been used to optimise material parameter values of the core against the results from conducted triaxial tests. The material parameters E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, and ϕ have been optimised until failure in triaxial loading. A sensitivity analysis has been carried out, by reducing stiffness moduli of the filter zones and the shoulder material, to investigate the influence on horizontal deformations in the dam body during filling. The sensitivity analysis indicates that the stiffness moduli of the fine filter have the largest impact and the stiffness moduli of the coarse filter have the least impact on the horizontal deformations. The results of the study show that the magnitude of horizontal and vertical deformations will be largest in the upper part of the dam body and amounts to 3.5 and 4.0 mm, respectively. The main movement of the dam body will be in the downstream direction and it was observed how a contact zone between the upstream filter zone and the core forms a boundary for direction of deformations. Actual measured movements in the installed inclinometers could not be compared to deformations in the finite element model because the author’s interpretation indicates that the bottom of the inclinometers have moved, and the measuring points at the bottom of the model are fixed. The model shows how a delayed development of saturation occur through the core, where the upstream side of the core responds more quickly to changes in water level compared with the downstream side of the core which show a delayed response. At a lowering of the water level, it was observed how the core retains water above the phreatic line while the coarser materials drain as the water level decreases. Development of the simulated pore pressures in the model during filling and operation corresponds well with the measured pore pressures in the experimental dam, when the pore pressures are positive. It is observed how the finite element model overestimates negative pore pressures (suction). The pore pressures in the model reaches a steady state approximately 115 days after filling of water started. The finite element model succeeds in reproducing the theoretical behaviour of embankment dams during filling in terms of main directions of deformations and development of saturation in the core. This study contributes to a deeper understanding of the experimental dam, and in general mechanical behaviour of embankment dams during filling. The results from the finite element model can be used from a dam safety perspective to obtain indications on the development of deformations, pore pressures and degree of saturation in embankment dams during filling, and also for a temporary lowering of the water level during the first filling. The study also provides indications of which material parameters that are of importance in numerical modelling of mechanical behaviour in embankment dams.