เขื่อนดินเป็นเขื่อนเทียม ขนาดใหญ่ โดยทั่วไปสร้างขึ้นโดยการวางและอัดแน่น เนินดิน กึ่งพลาสติก ที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยดินหรือหินหลายองค์ประกอบ มีชั้นปกคลุมตามธรรมชาติที่กันน้ำได้สำหรับพื้นผิว และอาจมีแกนกลางที่หนาแน่นและกันน้ำได้เพื่อต้านทานการกัดเซาะ จากพื้นผิวหรือ การซึม [ ^{1 ] เขื่อน}ดังกล่าวประกอบด้วยอนุภาควัสดุอิสระที่แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย แรงเสียดทานและการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคจะยึดอนุภาคเข้าด้วยกันเป็นมวลที่มั่นคง แทนที่จะใช้สารยึดเกาะ^{[ 2 ]}

เขื่อนดินมีสองประเภท ได้แก่เขื่อนดิน (เรียกอีกอย่างว่าเขื่อนดินหรือเขื่อนภูมิประเทศ ) ที่ทำจากดินอัดแน่น และเขื่อนหิน หน้าตัดของ เขื่อน ดินจะมีรูปร่างคล้ายตลิ่งหรือเนินเขา ส่วนใหญ่จะมีส่วนกลางหรือแกนกลางที่ทำจากวัสดุที่ไม่สามารถซึมผ่านได้เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำซึมผ่านเขื่อน แกนกลางอาจทำจากดินเหนียว คอนกรีต หรือแอสฟัลต์คอนกรีตเขื่อนประเภทนี้เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีหุบเขากว้าง สามารถสร้างบนหินแข็งหรือดินอ่อนได้ สำหรับเขื่อนหิน จะใช้ระเบิดในการถมหิน นอกจากนี้ อาจจำเป็นต้องบดหินให้มีขนาดเล็กลงเพื่อให้ได้ขนาดที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในเขื่อนดิน^{[ 3 ]}

เขื่อนดินถม หรือที่เรียกว่าเขื่อนดินอัดแน่น เป็นเขื่อนที่สร้างขึ้นโดยใช้ดินอัดแน่นอย่างดี เขื่อนดินอัดแน่นที่ เป็นเนื้อเดียวกันนั้นสร้างขึ้นจากวัสดุชนิดเดียวทั้งหมด แต่อาจมีชั้นระบายน้ำเพื่อรวบรวมน้ำซึม ส่วนเขื่อนดินแบบแบ่งชั้นจะมีส่วนหรือโซนที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปจะเป็นเปลือกที่ทำจากวัสดุที่มีอยู่มากมายในท้องถิ่น และมีแกนกลางเป็นดินเหนียว ที่กันน้ำได้ เขื่อนดินแบบแบ่งชั้นที่ทันสมัยจะใช้ชั้นกรองและชั้นระบายน้ำเพื่อรวบรวมและกำจัดน้ำซึม และรักษาความสมบูรณ์ของเปลือกด้านล่าง วิธีการสร้างเขื่อนดินแบบแบ่งชั้นที่ล้าสมัยนั้นใช้การถมดินด้วยระบบไฮดรอลิกเพื่อสร้างแกนกลางที่กันน้ำได้ เขื่อนดินอัดแน่นอาจใช้ชั้นผิวหรือแกนกลางที่กันน้ำได้ในลักษณะเดียวกับเขื่อนหินถมก็ได้ เขื่อนแกนน้ำแข็งเป็นเขื่อนดินชั่วคราวที่ใช้เป็นครั้งคราวในละติจูดสูง โดยการหมุนเวียนสารหล่อเย็นผ่านท่อภายในเขื่อนเพื่อรักษาสภาพกันน้ำของชั้นดินเยือกแข็งภายในเขื่อน

เนื่องจากเขื่อนดินสามารถสร้างได้จากวัสดุในท้องถิ่น จึงอาจคุ้มค่าในภูมิภาคที่ต้นทุนการผลิตหรือนำเข้าคอนกรีตสูงเกินไปเขื่อนทาร์เบลาซึ่งเป็นหนึ่งในสิ่งก่อสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นที่ใหญ่ที่สุดในโลก เป็นเขื่อนดินขนาดใหญ่บนแม่น้ำสินธุในปากีสถาน ห่างจากกรุง อิสลามาบัดไป ทางตะวันตกเฉียงเหนือประมาณ 50 กิโลเมตร (31 ไมล์)

เขื่อน หินถมเป็นคันดินที่สร้างจากดินเม็ดละเอียดที่ระบายน้ำได้ดีและอัดแน่น โดยมีชั้นกันซึมอยู่ตรงกลาง ดินที่ใช้มักมีอนุภาคขนาดใหญ่ในปริมาณมาก จึงเรียกว่า "หินถม" ชั้นกันซึมอาจอยู่ด้านต้นน้ำและทำจากวัสดุต่างๆ เช่นอิฐคอนกรีตแผ่นพลาสติก เสาเข็มเหล็ก ไม้ หรือวัสดุอื่นๆ ชั้นกันซึมอาจอยู่ภายในคันดินก็ได้ ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่า "แกนกลาง" ในกรณีที่ใช้ดินเหนียวเป็นวัสดุกันซึม เขื่อนนั้นจะเรียกว่าเขื่อน "ผสม" เพื่อป้องกันการกัดเซาะภายในของดินเหนียวเข้าไปในหินถมเนื่องจากแรงดันน้ำซึม แกนกลางจะถูกแยกออกโดยใช้ตัวกรอง ตัวกรองเป็นดินที่ได้รับการคัดขนาดมาเป็นพิเศษเพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของอนุภาคดินเม็ดละเอียด เมื่อมีวัสดุก่อสร้างที่เหมาะสม การขนส่งจะลดลง ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง เขื่อนหินถมมีความทนทานต่อความเสียหายจากแผ่นดินไหวอย่างไรก็ตาม การควบคุมคุณภาพที่ไม่เพียงพอในระหว่างการก่อสร้างอาจนำไปสู่การบดอัดที่ไม่ดีและการมีทรายในคันดิน ซึ่งอาจนำไปสู่การเหลวตัวของหินถมในระหว่างเกิดแผ่นดินไหว ศักยภาพในการเหลวตัวสามารถลดลงได้โดยการป้องกันไม่ให้วัสดุที่อ่อนแออิ่มตัวด้วยน้ำ และโดยการบดอัดอย่างเพียงพอในระหว่างการก่อสร้าง ตัวอย่างของเขื่อนหินถม ได้แก่เขื่อนนิวเมโลเนสในแคลิฟอร์เนียหรือเขื่อนเฟียร์ซา ในแอลเบเนีย

แกนกลางที่ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นคือคอนกรีตแอสฟัลต์เขื่อนส่วนใหญ่สร้างด้วยหินและ/หรือกรวดเป็นวัสดุถมหลัก ปัจจุบันมีการสร้างเขื่อนแบบนี้ไปแล้วเกือบ 100 แห่งทั่วโลกนับตั้งแต่เขื่อนแรกสร้างเสร็จในปี 1962 เขื่อนแกนกลางคอนกรีตแอสฟัลต์ทั้งหมดที่สร้างมาจนถึงปัจจุบันมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม แอสฟัลต์ที่ใช้เป็น วัสดุ ที่มีความยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้ซึ่งสามารถปรับตัวให้เข้ากับการเคลื่อนไหวและการเสียรูปที่เกิดขึ้นกับคันดินโดยรวม และการทรุดตัวของฐานราก คุณสมบัติที่ยืดหยุ่นของแอสฟัลต์ทำให้เขื่อนแบบนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่เกิดแผ่นดินไหว^{[ 4 ]}

สำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำโมกลิเชในแอลเบเนียบริษัทพลังงานStatkraft ของนอร์เวย์ ได้สร้างเขื่อนหินถมแกนแอสฟัลต์ เมื่อสร้างเสร็จในปี 2018 คาดว่าเขื่อนที่มีความยาว 320 เมตร สูง 150 เมตร และกว้าง 460 เมตรนี้ จะเป็นเขื่อนที่สูงที่สุดในโลกในประเภทเดียวกัน^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

เขื่อนหินถมหน้าคอนกรีต (CFRD) คือเขื่อนหินถมที่มีแผ่นคอนกรีตอยู่ด้านหน้าฝั่งต้นน้ำ การออกแบบนี้ใช้แผ่นคอนกรีตเป็นผนังกันซึมเพื่อป้องกันการรั่วไหล และยังเป็นโครงสร้างที่ไม่ต้องกังวลเรื่องแรงดันยกตัว นอกจากนี้ การออกแบบ CFRD ยังมีความยืดหยุ่นต่อภูมิประเทศ สร้างได้เร็วกว่า และมีต้นทุนต่ำกว่าเขื่อนดิน แนวคิด CFRD มีต้นกำเนิดในช่วงยุคตื่นทองแคลิฟอร์เนียในทศวรรษ 1860 เมื่อคนงานเหมืองสร้างเขื่อนหินถมหน้าไม้เพื่อ ใช้ใน การชะล้างแร่ต่อมาไม้ถูกแทนที่ด้วยคอนกรีตเมื่อมีการนำการออกแบบไปใช้ในโครงการชลประทานและพลังงาน เมื่อการออกแบบ CFRD มีความสูงเพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 การถมหินก็ถูกอัดแน่น และรอยต่อแนวนอนและแนวตั้งของแผ่นคอนกรีตถูกแทนที่ด้วยรอยต่อแนวตั้งที่ได้รับการปรับปรุง ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา การออกแบบนี้ได้รับความนิยมมากขึ้น^{[ 8 ]}

เขื่อน CFRD ที่สูงที่สุดในโลกคือเขื่อน Shuibuyaในประเทศจีนซึ่งมีความสูง 233 เมตร (764 ฟุต) สร้างเสร็จในปี 2551 ^{[ 9 ]}

การสร้างเขื่อนและการเติมน้ำในอ่างเก็บน้ำด้านหลังเขื่อนทำให้เกิดน้ำหนักใหม่บนพื้นและด้านข้างของหุบเขา ความเครียดของน้ำจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามความลึกของน้ำ น้ำยังดันไปที่ด้านหน้าของเขื่อนซึ่งเป็นโครงสร้างที่ไม่แข็งตัว เมื่ออยู่ภายใต้ความเครียดจะมีพฤติกรรมกึ่งพลาสติก และทำให้ต้องมีการปรับแต่ง (ความยืดหยุ่น) มากขึ้นใกล้ฐานของเขื่อนมากกว่าที่ระดับน้ำตื้นกว่า ดังนั้นระดับความเครียดของเขื่อนจะต้องคำนวณล่วงหน้าก่อนการก่อสร้างเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่เกินเกณฑ์ระดับการแตกหัก^{[ 10 ]}

การที่น้ำล้นเขื่อนกั้นน้ำเกินกว่าความจุของทางระบายน้ำล้นจะทำให้เขื่อนพังทลาย ในที่สุด การกัดเซาะของวัสดุเขื่อนโดยน้ำที่ไหลล้นจะกำจัดมวลวัสดุที่ยึดเขื่อนไว้และต้านทานแรงดันน้ำที่พยายามเคลื่อนเขื่อนออกไป แม้แต่การไหลล้นเพียงเล็กน้อยก็สามารถกำจัดดินชั้นบนของเขื่อนได้หลายพันตันภายในไม่กี่ชั่วโมง การกำจัดมวลนี้จะทำให้แรงที่ช่วยยึดเขื่อนไว้กับอ่างเก็บน้ำเสียสมดุล เนื่องจากมวลน้ำที่ยังคงกักเก็บอยู่ด้านหลังเขื่อนจะกดทับมวลของเขื่อนที่เบาลงเนื่องจากการกัดเซาะของพื้นผิว เมื่อมวลของเขื่อนถูกกัดเซาะ แรงดันจากอ่างเก็บน้ำจะเริ่มเคลื่อนโครงสร้างทั้งหมด เขื่อนซึ่งแทบไม่มีความยืดหยุ่นจะเริ่มแตกออกเป็นชิ้นๆ ทำให้น้ำในอ่างเก็บน้ำไหลผ่านระหว่างชิ้นส่วนเหล่านั้น กัดเซาะและกำจัดวัสดุออกไปมากขึ้นเรื่อยๆ ขณะที่น้ำไหลผ่าน ในขั้นตอนสุดท้ายของการพังทลาย ชิ้นส่วนที่เหลืออยู่ของคันดินแทบจะไม่มีแรงต้านทานต่อการไหลของน้ำ และจะแตกออกเป็นชิ้นส่วนดินหรือหินที่เล็กลงเรื่อยๆ จนกระทั่งสลายตัวกลายเป็นส่วนผสมของดิน หิน และน้ำที่มีความหนาแน่นสูง

ดังนั้น ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับทางระบายน้ำล้นจึงสูง และกำหนดให้สามารถรองรับระดับน้ำท่วมสูงสุดได้ โดยทั่วไปแล้ว ข้อกำหนดต่างๆ จะถูกเขียนขึ้นเพื่อให้สามารถรองรับน้ำท่วมอย่างน้อยหนึ่งร้อยปีได้^{[ 11 ]}ระบบป้องกันการล้นของเขื่อนดินหลายระบบได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ^{[ 12 ]}เทคนิคเหล่านี้รวมถึงระบบป้องกันการล้นด้วยคอนกรีตโครงไม้ เสาเข็มแผ่นหินเรียงและกาเบี้ยนดินเสริม แรง ฝาย ที่สูญเสียพลังงานน้อยที่สุด ทางระบาย น้ำล้น แบบขั้นบันไดของเขื่อนและระบบป้องกันด้วยบล็อกคอนกรีตสำเร็จรูป

เขื่อนทุกแห่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการซึมใต้เขื่อน แต่เขื่อนดินมีแนวโน้มที่จะเกิดการซึมผ่านตัวเขื่อนด้วยเช่นกัน ตัวอย่างเช่นเขื่อนดินถล่มอุโซอิรั่วซึม 35-80 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที การซึมที่รวดเร็วเพียงพอสามารถทำให้อนุภาคส่วนประกอบของเขื่อนหลุดออก ซึ่งส่งผลให้การซึมเร็วขึ้น และกลายเป็นวงจรป้อนกลับที่ควบคุมไม่ได้ซึ่งสามารถทำลายเขื่อนได้ในลักษณะความล้มเหลวแบบท่อ ดังนั้นการตรวจสอบการซึมจึงเป็นข้อพิจารณาด้านความปลอดภัยที่สำคัญ^{[ 13 ]}

• โครงสร้างโลก
• เขื่อนแรงโน้มถ่วง
• รายชื่อเขื่อนที่ใหญ่ที่สุดในโลก
• เส้นน้ำใต้ดิน
• เขื่อนเทตัน - เขื่อนดินที่ประสบอุบัติเหตุพัง ทลายครั้งใหญ่ ในปี 1976

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเขื่อนกั้นน้ำ

• การก่อสร้างและงานโยธาในสำนักงานการชลประทานแห่งสหรัฐอเมริกา