การกัดเซาะภายในคือการเกิดช่องว่างภายในดินที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของวัสดุโดยการซึม^{[ 1 ]}เป็นสาเหตุที่พบบ่อยเป็นอันดับสองของการพังทลายของคัน ดิน และเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการพังทลายของเขื่อนดิน^{[ 2 ]}คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของการพังทลายของเขื่อนดิน^{[ 3 ]}

การกัดเซาะภายในเกิดขึ้นเมื่อแรงดันน้ำที่ซึมผ่านรูพรุนและรอยแตกของวัสดุในเขื่อนและ/หรือฐานรากมีมากพอที่จะทำให้เศษวัสดุหลุดออกและถูกพัดพาออกไปจากโครงสร้างเขื่อนการกัดเซาะ ภายใน เป็นอันตรายอย่างยิ่งเพราะอาจไม่มีหลักฐานภายนอก หรือมีเพียงหลักฐานเล็กน้อยที่บ่งชี้ว่ากำลังเกิดขึ้น โดยปกติแล้ว จะพบ การผุดของทรายแต่การผุดนั้นอาจซ่อนอยู่ใต้น้ำ เขื่อนอาจพังทลายภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากที่หลักฐานการกัดเซาะภายในปรากฏชัดเจน

การเกิดท่อเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องและถูกกำหนดให้เป็นการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของการกัดเซาะภายในโดยการซึม ซึ่งปรากฏเป็นรูที่ปล่อยน้ำออกมาทางด้านล่าง^{[ 4 ]} การเกิดท่อเกิดจากการกัดเซาะแบบถดถอยของอนุภาคจากด้านล่างและตามแนวต้นน้ำไปสู่สภาพแวดล้อมภายนอกจนกระทั่งเกิดเป็นท่อต่อเนื่อง^{[ 5 ] [ 6 ]}

ตามรายงานของคณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยเขื่อนขนาดใหญ่ (ICOLD) มีรูปแบบความล้มเหลวทั่วไปสี่ประการสำหรับการกัดเซาะภายในของเขื่อนดินและฐานราก: ^{[ 7 ]}

• ผ่านทางคันดิน
• ผ่านทางมูลนิธิ
• เขื่อนกั้นน้ำสู่ฐานราก
• เกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่ทะลุผ่าน

กระบวนการกัดเซาะภายในเกิดขึ้นในสี่ขั้นตอน ได้แก่ การเริ่มต้นของการกัดเซาะ การลุกลามจนเกิดเป็นท่อ ความไม่เสถียรของพื้นผิว และสุดท้ายคือการเริ่มต้นของการแตกหักการกัดเซาะภายในยังแบ่งออกเป็นสี่ประเภท โดยขึ้นอยู่กับเส้นทางการเสียหาย วิธีการเริ่มต้นและการลุกลามของการกัดเซาะ และตำแหน่งที่เกิดการเสียหาย:

• การรั่วซึมแบบเข้มข้น : น้ำที่ซึมเข้าไปจะกัดเซาะและขยายรอยแตกจนกระทั่งเกิดการพังทลาย รอยแตกอาจจะไม่ลุกลามไปจนถึงทางออก (ถึงแม้ว่าการพังทลายก็ยังคงเป็นไปได้) แต่ในที่สุดการกัด เซาะอย่างต่อเนื่องจะก่อให้เกิดท่อหรือหลุมยุบ
• การกัดเซาะย้อนกลับ : การกัดเซาะประเภทนี้เริ่มต้นที่จุดทางออกของทางน้ำซึม เมื่อความลาดชันของแรงดันน้ำสูงเพียงพอที่จะทำให้เกิดการหลุดลอกและการเคลื่อนย้ายของอนุภาค ทำให้เกิดท่อขึ้นย้อนกลับจากจุดทางออกจนกระทั่งเกิดการแตกหัก
• การกัดเซาะแบบซัฟฟิวชั่น (Suffusion ) เกิดขึ้นในดินที่มีขนาดอนุภาคหลากหลาย อนุภาคดินที่ละเอียดกว่าจะถูกกัดเซาะผ่านช่องว่างระหว่างอนุภาคที่หยาบกว่า ดินที่เสี่ยงต่อการกัดเซาะแบบซัฟฟิวชั่นเรียกว่าดินที่ไม่เสถียรภายใน การกัดเซาะแบบซัฟฟิวชั่นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อปริมาตรที่อนุภาคละเอียดกว่าครอบครองนั้นน้อยกว่าปริมาตรของช่องว่างที่มีอยู่ระหว่างอนุภาคหยาบกว่า
• การกัดเซาะผิวดิน : ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการไหลแบบแผ่น (sheet flow) เกิดขึ้นที่รอยต่อระหว่างดินหยาบและดินละเอียด น้ำซึมไปตามรอยต่อระหว่างดินทั้งสองชนิด กัดเซาะอนุภาคจากชั้นดินละเอียดขึ้นไปสู่ชั้นดินหยาบ

การรั่วไหลแบบเข้มข้นเกิดขึ้นเมื่อเกิดรอยแตกในดิน รอยแตกต้องอยู่ต่ำกว่าระดับอ่างเก็บน้ำ และต้องมีแรงดันน้ำเพื่อรักษาให้ท่อเปิดอยู่ การไหลของน้ำอาจทำให้ด้านข้างของท่อบวม ปิดท่อ และจำกัดการกัดเซาะ^{[ 7 ]} นอกจากนี้ หากดินขาดความเหนียวแน่นเพียงพอที่จะรักษารอยแตก รอยแตกจะยุบตัวลง และการกัดเซาะจากการรั่วไหลแบบเข้มข้นจะไม่ลุกลามไปจนถึงการแตก^{[ 8 ]} รอยแตกที่ทำให้เกิดการรั่วไหลแบบเข้มข้นอาจเกิดขึ้นได้จากหลายปัจจัย รวมถึง:

• การโค้งงอข้ามหุบเขาส่งผลให้เกิดแรงเค้นในแนวดิ่งที่ด้านข้างของเขื่อน
• การโค้งงอของแกนกลางบนไหล่ของคันดิน
• การทรุดตัวที่ไม่เท่ากัน (หากความแตกต่างเกิน 0.2% การเกิดรอยแตกแทบจะแน่นอน)
• ความผิดปกติเล็กน้อยระหว่างการบำบัดแกนกลาง (เช่น เนื่องจากการบดอัดที่ไม่ดี)
• รอยแตกและช่องว่างที่อยู่ติดกับทางระบายน้ำล้นหรือกำแพงกันดินหรือรอบๆ ท่อส่ง
• ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่นการแห้งแล้งการทรุดตัวระหว่างเกิดแผ่นดินไหวการแข็งตัวของน้ำ โพรงสัตว์และพืช/รากพืช

รอยแตกตามยาวเกิดขึ้นจากการขยายตัวของคันดิน ในขณะที่ช่องเปิดตามขวางซึ่งพบได้บ่อยกว่ามาก เกิดจากการทรุดตัวในแนวดิ่งของเขื่อน แรงเฉือนไฮดรอลิ กวิกฤต τc ที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นของ _การกัดเซาะการรั่วไหลแบบเข้มข้นสามารถประมาณได้โดยใช้การทดสอบในห้องปฏิบัติการ เช่น การทดสอบการกัดเซาะรู (HET) หรือการทดสอบการกัดเซาะเจ็ท (JET ) ^{[ 9 ]}

การกัดเซาะย้อนกลับมักเกิดขึ้นในดินที่ไม่เป็นพลาสติก เช่นทราย ละเอียด อาจเกิดขึ้นในฐานรากที่เป็นทราย ภายในเขื่อนหรือคันกั้นน้ำ หรือในเขื่อนชั่วคราวภายใต้แรงดันน้ำท่วมสูงระหว่างการก่อสร้าง ทำให้เกิดการพังทลายที่ด้านท้ายน้ำ นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นในพื้นที่ที่เสี่ยงต่อการเกิดดินถล่มและน้ำท่วมซึ่งความลาดชันถูกรบกวน^{[ 10 ]}

การกัดเซาะย้อนกลับมักแสดงให้เห็นโดยการเกิดฟองทรายที่ด้านท้ายน้ำของเขื่อน การทดลองจาก Sellmeijer และเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าการกัดเซาะย้อนกลับเริ่มต้นในช่องว่างผ่านชั้นหินที่อยู่เหนือดินที่ถูกกัดเซาะ (เช่น ผ่านการขุดหรือร่องระบายน้ำ) ^{[ 11 ] [ 12 ]}จากนั้นจึงดำเนินไปในท่อขนาดเล็กจำนวนมาก (สูงน้อยกว่า 2 มม.) แทนที่จะเป็นท่อเดียว ความเสถียรของท่อขึ้นอยู่กับระดับน้ำ และเมื่อระดับน้ำสูงกว่าค่าวิกฤต (0.3-0.5 ของความยาวเส้นทางการไหล) ช่องทางจะขยายไปทางต้นน้ำ เมื่อเกินกว่านี้ ที่ระดับน้ำใดๆ ที่มากกว่าค่าวิกฤต การกัดเซาะจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งในที่สุด ท่อจะทะลุไปยังอ่างเก็บน้ำต้นน้ำ ซึ่ง ณ จุดนั้นจะเกิดการแตก เพื่อให้เกิดการกัดเซาะย้อนกลับ เขื่อนหรือคันกั้นน้ำจะต้องสร้างและรักษา "หลังคา" สำหรับท่อ

การซึม ผ่านเกิดขึ้นเมื่อน้ำไหลผ่าน ดินที่มีการเรียงตัวของขนาดอนุภาคกว้างหรือช่องว่างระหว่างอนุภาค และไม่มีการยึดเกาะ ^{[ 7 ]}อนุภาคที่ละเอียดกว่าจะถูกขนส่งโดยการซึม และอนุภาคที่หยาบกว่าจะรับแรงเค้นที่มีประสิทธิภาพ ส่วน ใหญ่^{[ 13 ]}การซึมผ่านจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออนุภาคดินละเอียดมีขนาดเล็กพอที่จะผ่านระหว่างอนุภาคหยาบและไม่เติมเต็มช่องว่างในดินที่หยาบกว่าความเร็วการไหล ของน้ำ ต้องเพียงพอที่จะขนส่งอนุภาคละเอียดเหล่านั้นด้วย

การซึมผ่านทำให้ความสามารถในการซึมผ่านในแกนคันดินเพิ่มขึ้น ความเร็วการซึมมากขึ้น และอาจเกิดรอยแตกไฮดรอลิกได้ นอกจากนี้ยังอาจนำไปสู่การทรุดตัว^{[ 14 ]} หากเกิดขึ้นในฐานรากของเขื่อน ดินที่เกิดการซึมผ่านมักจะได้รับผลกระทบจากการแยกตัวด้วย วิธีการของ Kenney-Lau เป็นวิธีการวิเคราะห์การซึมผ่านที่ได้รับการยอมรับ ซึ่งใช้การกระจายขนาดอนุภาคเพื่อประเมินความเสถียรภายในของดิน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อโอกาสที่จะเกิดการซึมผ่าน

การกัดเซาะสัมผัสของดินเกิดขึ้นเมื่อการไหลของน้ำแบบแผ่น (การไหลของน้ำขนานกับส่วนต่อประสาน) กัดเซาะดินละเอียดที่สัมผัสกับดินหยาบ^{[ 7 ]}การกัดเซาะสัมผัสส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความเร็วการไหล ซึ่งต้องเพียงพอที่จะแยกและขนส่งอนุภาคที่ละเอียดกว่า รวมถึงอนุภาคดินที่ละเอียดกว่าต้องสามารถผ่านรูพรุนในชั้นหยาบได้ เมื่อการกัดเซาะสัมผัสเริ่มต้นขึ้น จะเกิดโพรงขึ้น ทำให้ความเครียดลดลง จากนั้นหลังคาของโพรงจะพังทลายลง วัสดุที่พังทลายจะถูกขนส่งออกไป ส่งผลให้เกิดโพรงที่ใหญ่ขึ้น กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งเกิดหลุมยุบ เป็นไปได้ที่โพรงจะไม่พังทลายลง ซึ่งจะนำไปสู่การกัดเซาะย้อนกลับ

การกัดเซาะจากการสัมผัสของดินสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างชั้นเม็ดดินใดๆ กับดินที่มีอนุภาคละเอียดกว่า เช่น ในดินตะกอนและกรวด และมักส่งผลให้สูญเสียเสถียรภาพ เพิ่มแรงดันในรูพรุน และเกิดการอุดตันของชั้นดินที่ซึมผ่านได้ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ใกล้กับขีดจำกัดทางเรขาคณิต จุดที่อนุภาคละเอียดสามารถผ่านระหว่างอนุภาคหยาบได้ (เกณฑ์การกรอง) การเริ่มต้นและการพังทลายของการกัดเซาะมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นได้มากขึ้น

สามารถหยุดกระบวนการกัดเซาะภายในได้โดยใช้ตัวกรองตัวกรองจะดักจับอนุภาคที่ถูกกัดเซาะในขณะที่ยังคงยอมให้มีการซึมผ่าน และโดยปกติแล้วจะมีขนาดใหญ่กว่าและซึมผ่านได้มากกว่าดินที่ถูกกรอง ประเภทของตัวกรองที่ต้องการและตำแหน่งของตัวกรองนั้นขึ้นอยู่กับว่าบริเวณใดของเขื่อนมีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะภายในมากที่สุด ตามข้อบังคับ ตัวกรองต้องเป็นไปตามเงื่อนไขห้าประการ: ^{[ 15 ]}

• การกักเก็บ : ตัวกรองต้องจำกัดหรือขัดขวางการเคลื่อนตัวของอนุภาคดินที่ถูกกัดเซาะ
• การกรองด้วยตนเอง : หรือเรียกอีกอย่างว่าความเสถียร ตัวกรองต้องมีความเสถียรภายในตัวเอง
• ไม่มีการยึดเกาะ : ตัวกรองต้องไม่มีความสามารถในการรักษารอยแตกหรือความสามารถในการเชื่อมติดกัน
• การระบายน้ำ : ตัวกรองต้องมีความซึมผ่านได้ดีพอที่จะช่วยให้แรงดันน้ำระบายออกไปได้
• ความแข็งแรง : ตัวกรองต้องสามารถส่งผ่านแรงกดดันภายในเขื่อนได้โดยไม่ถูกบดขยี้