In this paper, centrifuge model tests and numerical analysis on the breakwater structure were performed to investigate the stability and behavior of breakwater in field. In centrifuge model tests, construction sequence of breakwater structure such as preparation of weathered rock and sand deposit, construction of D.C.M, rubble mound with crushed stones and installment of breakwater structure was reconstructed like field condition and the behavior of ground settlement and breakwater displacement during stage of construction was observed during tests. For the final stage of simulating the horizontal movement of breakwater due to wave force, horizontal load was applied by horizontal loading apparatus being specially designed so that horizontal displacement of structure could be observed. Numerical analysis were also carried out and its results were compared with test results to assess the property of centrifuge model tests with respect to the behavior of structure as well as ground.
In general, core materials of rubble mound breakwater are used at a restricted range of 0.015㎥~0.03㎥. However, it is not satisfied with the standard design in over fifty percent of the cases. In this study, model tests and numerical analysis are employed to examine the range of core material that has no problem with capacity maintenance and stability of rubble mound breakwater. Model tests measure the porosities that are mixed in various ratios, to classify core materials by three parameters. The slope stability of rubble mound breakwater is investigated, using numerical analysis, with a friction angle and a unit weight. The change of unit weight, which is followed by the mixed rate of size core material, has no large affect on slope stability, and there is no problem with ensuring slope stability of the rubble mound breakwater.
Park, Sang-Kil;Kim, Woo-Saeng;Lee, Jae-Sung;Kim, Sung-Hun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.24
no.1
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pp.106-115
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2010
This study described the stability of riprap, which was examined by a two-dimensional physical model of a scattered riprap submarine breakwater. Artificial reef structures made of scattered riprap are used like artificial intertidal zone structures as waterfront seaside structures. To prevent topography change in such an artificial intertidal zone the energy is reduced at the scattered riprap submarine breakwater by intercepting high waves. The breaking waves are converted into flow on the front surface slope of the submarine breakwater, which follows the upper part of the artificial intertidal zone. Because of this phenomenon of resisting water flow, it is very important to calculate the required weight of the riprap to maintain its stability. The results of a physical model can be abstracted as shown below. First, distribute the wave breaking types occurring on the front surface slope of the submarine breakwater and arrange it in relation to the movement of riprap. Second, using the hydraulic phenomenon that occurs at the depth of the scattered riprap submarine breakwater, propose a calculation formula for the velocity distribution showing the influence on the stability of the riprap. Third, propose and compare values, which can be obtained by experiments and calculations for riprap stability on the front surface of the artificial intertidal zone. Fourth, calculate the required weight for riprap stability.
As there are so many uncertainties associated with using the determinism analysis method in the design of rubble mound breakwater, it is impossible for a designed construction to provide ultimate stability. First of all, due to the uncertainty of Load and Resistance, a safety level concerning the destruction mode of construction must be given. Then, the optimization design should be processed. After all, we can say that it is a more reasonable design method than the design used by the stability rate. In this study, an established design process is accomplished using Hudson's equation and an economic analysis with the breakwater's section is also conducted. Hudson's equation is compared to Van der Meer's equation. These results are utilized to drop a damage rate, increase the stability of construction, and determine the optimization section of the breakwater.
A dynamic reliability model for analyzing the stability of armor units on rubble-mound breakwater is mathematically developed by using Hudson's formula and definition of single-failure mode. The probability density functions of resistance and loading functions are defined properly, the related parameters to those probability density functions are also estimated straightforwardly by the first-order analysis. It is found that probabilities of failure for the stability of armor units on rubble-mound breakwater are continuously increased as the service periods are elapsed, because of the occurrence of repeated loading of random magnitude by which the resistance may be deteriorated. In particular, the factor of safety is incorporated into the dynamic reliability model in order to evaluate the probability of failure as a function of factor of safety. It may thus be possible to take some informations for optimal design as well as managements and repairs of armor units on rubble-mound breakwater from the dynamic reliability analyses.
Kim, Hong-Taek;Han, Yeon-Jin;Kim, Jong-Seok;Kim, Tae-Hyoung
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.689-696
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2008
In this study, seepage characteristics of breakwater in dredging ground evaluated for the piping stability estimation by scale model tests. For this, to estimated the seepage characteristics through the model tests and numerical analyses, the engineering stability on piping of breakwater evaluated based on scale model tests and numerical analyses results.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.579-584
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2009
Arrangement of the facilities for improving harbor functions depends on sea and land conditions such as the ship's arrival and departure conditions, waves and tide. And the plan and the size of the facilities depend much on harbor and marine environment condition such as cargo quantity, ship size, ship traffic and seawater circulation. Among these, waves have so much effect on a breakwater design that it is the most important to understand their characteristics and to apply them to breakwater design. Therefore, to analyze the effect of waves characteristics over a rubble mound breakwater, we have calculated wave pressure by using numerical analysis at each tide level and have analyzed the effect of wave pressure on structure stability by conducting the stability analysis with the wave pressure. As a result, it is found that during low and mean tide level time the biggest wave pressure is estimated near calm water level. But during high tide time, the biggest wave pressure is estimated in front of capping. And the stability analysis indicates also that a structure is most unstable when low tide time wave pressure is acting on. After reviewing the stability of a structure by applying vertical and horizon wave forces, it is concluded that safety factor is lower than ordinary time(max. about 15%), is also reviewed when designing a rubble mound breakwater.
Centrifuge modeling and numerical analysis on works of breakwater construction were performed to investigate the behavior of caisson type of breakwater and foundation treated with the method of DCM (Deep Cement Mixing) under the condition of wave action in field. In centrifuge modeling, construction sequence of breakwater caisson such as preparation of ground, treatment of DCM, installation of rubble mound, placement of breakwater caisson and lateral loading on the breakwater due to wave action were reconstructed. Lateral movement of model breakwater and ground reaction in the vertical direction were monitored during test. Stress concentration ratio between the untreated ground and the treated ground with DCM was evaluated from measurement of vertical stresses on each ground. Numerical analysis with the software of PLAXIS was carried to compare with Results of centrifuge model test. It was found that stability of model breakwater was maintained during stage of construction and the compared results about stress concentration ratio were in relatively good agreements.
Park, Woo-Sun;Won, Deokhee;Seo, Jihye;Lee, Byeong Wook
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.11-16
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2020
The rotational stability of an interlocking caisson breakwater was studied. Using the analytical solution for the linear wave incident to the infinite breakwater, the phase difference effect of wave pressures in the direction of the breakwater baseline is considered, and Goda's wave pressure formula in the design code is adopted to consider the nonlinearity of the design wave. The rotational safety factor of the breakwater was defined as the ratio of the rotational frictional resistance moment due to caisson's own weight and the acting rotational moment due to the horizontal and vertical wave forces. An analytical solution for the rotational center point location and the minimum safety factor is presented. Stability assessment formula were proposed to be applicable to all design wave conditions used in current port and harbor structure design such as regular waves, irregular waves and multi-directional irregular waves.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.1473-1478
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2010
For the cassion type of breakwater under the condition of large wave loads, stability about lateral movement of breakwater was investigated by performing centrifuge model experiments. Prototype of breakwater was modelled by scaling down to centrifuge model and the soft ground reinforced with grouting was also reconstructed in the centrifuge model experiments. Sandy ground beneath breakwater was prepared with a soil sampled in field so that identical value of internal friction angle could be obtained. Centrifuge model experiments were carried out to reconstruct the construction sequence in field. Lateral static wave load was applied to the model caisson after the final stage of construction sequence was rebuilt and the measured lateral movement of caisson was compared with allowable value by the code to assess the stability about lateral movement of the breakwater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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