Материал тела земляной плотины, вообще говоря, всегда в той или иной мере проницаем для воды. Поэтому в теле плотины создается поток воды, фильтрующейся из верхнего бьефа в нижний.
Рисунок 8 - Схема фильтрации и насыщения плотины водой
Свободная поверхность этого фильтрационного потока (рисунок 8), постепенно понижающаяся к нижнему бьефу, называется поверхностью насыщения, или депрессионной поверхностью, а линия пересечения ее с вертикальной плоскостью, проводимой поперек оси плотины, называется линией насыщения или депрессии, или депрессионной линией.
Ниже депрессионной поверхности (линии) грунт плотины насыщен водой, взвешивается ею; выше депрессионной линии находится зона капиллярного поднятия воды, высота которой зависит от свойства капиллярности грунта: в песчаных грунтах она достигает 5-15 см, в суглинистых и глинистых - 0,5-1,5 м и более.
Выше капиллярной зоны грунт обладает небольшой влажностью, так называемой естественной влажностью, зависящей от климатических условий (влажность воздуха, количество осадков, температура и пр.) и состава самого грунта.
Границы описанных зон изменяют свое положение в зависимости от колебаний горизонта воды в верхнем и нижнем бьефах.
Например, при сработке водохранилища линия депрессии АВ или ABC (рисунок 8) понижается до линии А1В1 или А1В1С1. Положение депрессионной линии зависит также от высоты уровня нижнего бьефа, а при проницаемом основании и отсутствии воды в нижнем бьефе - и от уровня грунтовых вод (рисунок 86).
Линия депрессии устанавливается в положениях, указанных на рисунке 8, лишь с течением времени, при длительном стоянии определенных горизонтов верхнего и нижнего бьефов (стационарный режим); в остальное время она занимает промежуточные положения.
Фильтрация, воздействие воды верхнего и нижнего бьефов, климатические условия создают сложный режим земляного тела плотины.
В зоне насыщения водой грунт взвешивается гидростатическим давлением и подвержен действию фильтрационных сил (гидродинамическое давление), стремящихся сдвинуть частицы грунта в направлении к низовому откосу; мельчайшие частицы грунта могут при этом выноситься в нижний бьеф (явление суффозии), сам же откос может оползать, обрушаться. Прочность грунта, насыщенного водой, несколько падает вообще по сравнению с сухим. В плотинах из проницаемых грунтов могут иметь значение потери воды из верхнего бьефа (фильтрационный расход).
Волнение воды в верхнем и нижнем бьефах может размывать грунт откосов в пределах колебания уровней воды, это вызывает необходимость крепления откосов. Ледяной покров, образующийся в верхнем бьефе, может также повреждать откосы.
При температурах ниже 0° откосы плотины выше горизонта воды и гребень её могут промерзать, а суглинистые и глинистые грунты их при этом будут пучиться, а при оттаивании оползать и образовывать трещины; трещины могут появляться в тех же грунтах и при высыхании откосов в жаркое время года. Поперечные трещины опасны ввиду возможности развития по ним разрушительной фильтрации.
Атмосферные осадки, выпадающие на плотину, частью просачиваются внутрь и смачивают тело плотины, частью стекают по откосам. Смачивание тела плотины водой понижает прочность ее грунта, что нежелательно, поэтому принимаются меры к ускорению и упорядочению стока дождевых вод с гребня и откосов путем поверхностного дренажа и крепления откосов.
Таким образом, водопроницаемость грунта и фильтрация воды в теле земляной плотины играют весьма важную роль. Статистика показывает, что около 45% аварий и разрушений земляных плотин произошло вследствие недостаточности мер по борьбе с фильтрацией воды; около 15% аварий являются результатом оползания откосов, вызванного большей частью также действием фильтрационных вод.