A dynamic reliability model which can take into account the time history of loading sequences may be applied to the analyses of the hydraulic stability of armor units on rubble-mound breakwaters. All the parameters related to the stability of structures have been considered to be constants in the deterministic model until now. Thus, it is impossible to study the effects of some uncertainties of the related random variables on the stability of structures. In this paper, the dynamic reliability model can be developed by POT(Peak Over Threshold) method in order to take into account the time history of loading sequences and to investigate the temporal behaviors of stability of structure with its loading history. Finally, it is confirmed that the results of dynamic reliability model agree with straight- forwardly those of AFDA(Approximate Full Distribution Approach) of the static reliability model for the same input conditions. In addition, the temporal behaviors of probability of failure can be studied by the dynamic reliability model developed to analyze the hydraulic stability of armor units on rubble-mound breakwaters. Therefore, the present results may be useful for the management of repair and maintenance over the whole life cycle of structure.
To study how stable the rubble mound breakwaters are, one can look to the research of wave induced seepage flow through the pores of the rubble mound. Seepage flow is generally generated by the difference between the water level around the breakwater during a typhoon. The existing stability analysis method of the rubble mound is the static analysis which simply considers the force equilibrium taking into account the horizontal force acting on the concrete block induced by a wave (calculated by Goda equation) and the vertical force induced by the weight inclusive of the concrete block, quarry run, filter, and armor layer above the slipping plane. However, this static method does not consider the wave-induced seepage flow in the rubble mound. Such seepage may decrease the stability of the rubble mound. The stability of a rubble mound breakwater under the action of seepage was studied based on the results of CFD software (OpenFOAM) and Limit Equilibrium Method (GeoStudio). The numerical analysis result showed that the seepage flow decreased the stability of the rubble mound breakwaters. The results of the numerical analyses also revealed the stability of the rubble mound was varied with time. Especially, the most critical state happened at the condition of overtopping the concrete block, acting strong uplift pressure raising along side and underneath the concrete block, and generating high pore pressure inside rubble mound due to seepage flow. Therefore, it may be necessary to conduct a dynamic analysis considering the effect of wave-induce seepage flow together with the static analysis.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.15
no.4
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pp.249-258
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2003
In this study, the stability of armor blocks of rubble-mound breakwaters is investigated based on the 2-dimensional hydraulic model test with irregular waves. Amor blocks were used the three types; rock, cube and tetrapod. And Hudson formula and van der Meer formula which are used for calculating the weight of armor blocks are considered. Hudson formula was developed from regular wave tests, while van der Meer formula was developed from irregular wave tests. The purpose of this paper is to compare and test two selected stability formulas using the experimental data.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.5
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pp.276-284
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2013
A stochastic expected cost model has been suggested by combining the nonlinear cumulative damage model with the expected cost model together which can be useful for doing the preventive optimal-maintenance of the armor units of rubble-mound breakwaters. The suggested model has been satisfactorily calibrated by comparison of the results from others models, also the sensitivity analysis has been carried out in detail under the variation of the associated parameters with the model. The optimal repair times can be directly evaluated by minimizing the expected cost rates that depend on the social importances, damage intensity functions and resistance limits. Finally, the present cost model has been straightforwardly applied to the armor units of rubble-mound breakwaters. Based on the assumption of turning the damaged structure back to the state as good as new after repairs, the required optimal repair times and magnitudes can be determined quantitatively in terms of the optimum balance between the costs and benefits on the preventive maintenance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.3
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pp.1007-1015
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2013
A stochastic probability model based on the non-homogeneous Poisson process is represented that can correctly analyze the time-dependent linear and nonlinear behaviors of total damage over the occurrence process of loads. Introducing several types of damage intensity functions, the probability of failure and the total damage with respect to mean time to failure has been investigated in detail. Taking particularly the limit state to be the random variables followed with a distribution function, the uncertainty of that would be taken into consideration in this paper. In addition, the stochastic probability model has been straightforwardly applied to the rubble-mound breakwaters with the definition of damage level about the erosion of armor units. The probability of failure and the nonlinear total damage with respect to mean time to failure has been analyzed with the damage intensity functions for armor units estimated by fitting the expected total damage to the experimental datum. Based on the present results from the stochastic probability model, the preventive management for the armor units of the rubble-mound breakwaters would be suggested to make a decision on the repairing time and the minimum amounts repaired quantitatively.
In this study, laboratory measurements are presented for run-up heights and overtopping of water waves on slopes of rubble-mound breakwaters armored with tetrapods. The effects of wave steepness, surf similarity and wave period on the run-up height and overtopping are investigated in detail. A measurements. A very reasonable agreement is observed. A slopes of breakwaters become milder, run-up heights become smaller. The overtopping rate also is considerably rate also is considerably affected by wave steepness and period.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.4
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pp.246-257
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2015
The progressive degradation paths of structures have quantitatively been tracked by using stochastic processes, such as Wiener process, gamma process and compound Poisson process, in order to consider both the sampling uncertainty due to the usual lack of damage data and the temporal uncertainty associated with the deterioration evolution. Several important features of stochastic processes which should carefully be considered in application of the stochastic processes to practical problems have been figured out through assessing cumulative damage and lifetime distribution as a function of time. Especially, the Wiener process and the gamma process have straightforwardly been applied to armors of rubble-mound breakwaters by the aid of a sample path method based on Melby's formula which can estimate cumulative damage levels of armors over time. The sample path method have been developed to calibrate the related-parameters required in the stochastic modelling of armors of rubble-mound breakwaters. From the analyses, it is found that cumulative damage levels of armors have surely been saturated with time. Also, the exponent of power law in time, that plays a significant role in predicting the cumulative damage levels over time, can easily be determined, which makes the stochastic models possible to track the cumulative damage levels of armors of rubble-mound breakwaters over time. Finally, failure probabilities with respect to various critical limits have been analyzed throughout its anticipated service life.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.10a
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pp.317-322
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2003
The Sectional and Spatial failure modes are discussed using the experimental data with long crest wave and multi-directional waves considering the failure modes occurring around the rubble-mound breakwater. The spatial & sectional stability and failure mode around the rubble-mound structures with construction progress can be summarized as follows: 1) The rubble mound structures at basic construction step was occurred serious failures when ${\xi}$ was about 6.5. 2) It was clarified that the failure modes at the round head of detached breakwater are classified as failure by plunging breaking on the slope, failure by direct incident wave force and failure by scouring at the toe of the detached break water. 3) The failure mode was found in the lower wave height than the design wave by the breaker depth effect. 4) The failure on the slope were also developed at the lee side of the round head because diffracted wave propagated into the behind area by grouping effect of multi-directional irregular wave.
In this paper, the method of determining the economically-optimal design section of rubble mound breakwater, using ADS program, was studied to supplement the deterministic approach. First of all, the design waves are computed, according to the return periods, using the Weibull distribution from the data of waves at the location of the breakwater. In order to take an optimal section, according to the return periods, the ADS program was used. The restriction conditions and objective functions are decided from the references of the specifications and standard manuals for Coastal and Harbor Construction Work. Results from this study support the ADS program as an appropriate method for determining the economically-optimal section of rubble mound breakwater, comparing the construction costs and the initial and damage repair costs for its life time.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.644-650
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2018
The paper provides some developments of a numerical approach ("Numerical Calculation of Flow Within Armour Units", FWAU) to the design of rubble mound breakwaters. The hydrodynamics of wave induced flow within the interstices of concrete blocks is simulated by making use of advanced, but well tested, CFD techniques to integrate RANS equations. While computationally very heavy, FWAU is gaining ground, due to its obvious advantages over the "porous media", i.e. the possibility of accounting for the highly non stationary effects, the reduced need of ad hoc calibration of filtration parameters and also - in perspective - the evaluation of hydrodynamic forces on single blocks. FWAU however is a complex technique, and in order to turn it into a practical design tool, a number of difficulties have to be overcome. The paper presents recent results about this validation, as well as insight into fluid dynamical aspects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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