Opdrijflengte bij stationaire stroming (bij par. 2.3.7) - Bijlage 4

Opdrijflengte bij stationaire stroming (bij par. 2.3.7)

Opdrijven is een fenomeen dat wordt waargenomen in de natuur. Het wordt veroorzaakt door een lokale wateroverdruk onder een relatief ondoorlatende afdeklaag, die net zo groot is als de druk uitgeoefend door het eigen gewicht van die afdeklaag zelf. Door het opdrijven ontstaat er een waterfilm tussen de toplaag en de onderliggende watervoerende laag. De lengte van die zone hangt samen met de geohydrologische situatie en de belasting. Aangezien er alleen water in die zone voorkomt onder een constante potentiaal, de grenspotentiaal geheten, en er in die zone geen schuifweerstand is, is opdrijven van groot belang voor de beoordeling van de stabiliteit.

In de literatuur [GeoDelft, 1988] is een formule afgeleid voor de opdrijflengte bij stationaire toestand en beoordeeld op basis van geavanceerde analyse. De analyse toont aan dat de formule een bovengrens aangeeft. Bij de schematisering die ten grondslag ligt aan die formule wordt uitgegaan van een tweelagensysteem, zoals weergegeven in figuur b4.15.

Figuur b4.15 Schematisering van de opdrijfzone bij een tweelagensysteem

Er zijn drie gebieden te onderscheiden: voorland, dijk met opdrijfzone en achterland. Voorland en achterland zijn oneindig uitgestrekt aangenomen. Stroming in de zandlaag is horizontaal. Stroming onder de dijk en nabij de opdrijfzone is tweedimensionaal. Uitgaande van een (semi-)stationaire situatie kan de opdrijflengte L worden bepaald met behulp van de volgende iteratieve formule:

Hierin is m de iteratiestap. Voor de betekenis van de parameters wordt verwezen naar figuur b4.15. Meestal zijn slechts enkele iteraties nodig om een nauwkeurige waarde voor L3te vinden.

Als er geen voorland is geldt λ’= 0. Het is ook mogelijk dan rekening te houden met radiale stroming. Dit kan worden gerealiseerd door voor λ’ te stellen: λ’ = 0,44 D.

In de meeste gevallen is de opdrijflengte kleiner dan de dijkbasis L2, dus: L3< L2. Ook zal de opdrijflengte meestal kleiner zijn dan de dikte van het zandpakket, dus: L3< D. Beide veronderstellingen vereenvoudigen de bovenstaande formule aanzienlijk. Er geldt dan:

De veronderstelling L3 < L2 en L3 < D is vervolgens eenvoudig te controleren.

De potentiaal waarbij nog net geen opdrijven optreedt (L3→0) is de zogeheten kritieke potentiaal ϕk: