Hydraulic stability of geotextile sand containers for coastal structures effect of deformations and stability formulae
Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2007
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| 1. Verfasser: | |
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| Format: | UnknownFormat |
| Sprache: | eng |
| Veröffentlicht: |
Clausthal-Zellerfeld
Papierflieger
2008
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
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Tag hinzufügen | Zusammenfassung: | Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2007 Ein Konzept, die Dünenerosion und somit deren Funktionsverlust zu verhindern, stellt die Dünenverstärkung durch Geotextilien dar. Neben dem lagenweisen Einbau des Geotextils besteht die Möglichkeit, den lokal vorhandenen Sand in geotextilen Containern zu verpacken, die den Kern der Düne bilden. Haupthindernis für den verstärkten Einsatz geotextiler Sandcontainer (GSC) bildet dabei das Fehlen zuverlässiger Bemessungsgrundlagen, die die Verformung der Sandcontainer und die hydraulischen Prozesse, welche die Stabilität beeinflussen, berücksichtigen. Numerische und experimentelle Untersuchungen waren daher unverzichtbar, um physikalisch begründete Bemessungsansätze zu entwickeln. Am LWI wurden Modellversuche durchgeführt, um die auftretenden hydraulischen Prozesse zu untersuchen: (i) Durchlässigkeit der Küstenbauwerke aus geotextilen Sandcontainern; (ii) Interaktion von Welle und GSC-Struktur; (iii) welleninduzierte Kräfte auf die GSC; (iv) Bewegungen des Sandkerns im Inneren der GSC; (v) Versagensformen der GSC infolge welleninduzierter Kräfte und (vi) Einfluss der Verformung des Containers auf die Stabilität. Zusätzlich wurden alle physikalischen Prozesse durch numerische Modelle simuliert, um die Interaktion der verschiedenen Prozesse zu untersuchen. Zwei numerische Modelle wurden benutzt: (i) ein RANS-VOF-Modell (Reynolds Average Navier Stokes and Volume of Fluid), und (ii) ein struktur-dynamisches gekoppeltes FEM-DEM-Modell (Finite and Discrete Element Method). Die Ergebnisse der Modellversuche und der numerischen Simulationen haben beigetragen, das Verständnis des Gesamtbildes der physikalischen Prozesse, die die Stabilität beeinflussen, maßgeblich zu verbessern und zuverlässige Stabilitätsformeln für Strukturen aus geotextilen Sandcontainern unter Berücksichtigung der Verformung der Container zu entwickeln. New shore protection structures such as seawalls, groins, breakwaters, revetments and artificial reefs are increasingly being developed. Softer and low cost protection alternatives, such as structures made of geotextile sand containers (GSC) are often used instead of more expensive and hard coastal structures made of concrete or rubble material. Although the effect of the deformations of the sand containers on the hydraulic stability is significant, no stability formula is available to account for those deformations and the associated processes leading to the observed failures. Therefore, the primary objective of the thesis is the hydraulic stability of coastal GSC-structures, taking into account the effect of those deformations and associated processes. To achieve a better understanding of the processes that affect the stability of GSC-structures several types of hydraulic model experiments and analyses were performed. Among the processes investigated, the following are worth mentioning: (i) permeability of GSC-structures and its influence on the stability, (ii) wave-induced loads on the sand containers, (iii) wave induced flow on GSC-structures, (iv) internal movement of sand in the containers and its effect on the stability, (v) variation of contact areas among neighbouring GSCs during wave action, (vi) types of displacement of GSCs within a coastal structure and finally (vii) the effect of the deformations on the stability of GSC-structures. In addition, a flow model and two structural dynamic models were further developed, validated and applied to extend the range of the hydraulic model tests towards a better understanding of the processes involved in the wave structure interaction. The wave-induced forces on the GSCs are calculated by using a RANS-VOF type model, initially developed at Cornell University, USA. The stresses and deformations for each sand container are simulated by using a finite element model (FEM) and finally, the displacement of containers is simulated by a discrete element model (DEM). Based on the experimental and numerical results, analytical stability formulae that account for the deformation of the individual GSCs for each type of observed displacement are developed and the required drag, inertia and lift coefficients are determined experimentally. Stability formulae for each type of coastal structures made of geotextile sand containers such as breakwaters, revetments, dune reinforcement and scour protection systems are proposed. Moreover, recommendations for the application of the stability formulae and for the construction of GSC-structures are outlined. Based on the results of several experimental, numerical and theoretical studies performed in this thesis, a much better understanding of the hydro-geotechnical processes which affect the stability of the coastal GSC-structures has been achieved. Moreover, reliable stability formulae for GSC-structures which account for the deformation effect of the GSCs have been derived. |
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| Beschreibung: | [151] S. in getr. Zählung zahlr. Ill., graph. Darst 21 cm |
| ISBN: | 3897209403 3-89720-940-3 9783897209404 978-3-89720-940-4 9783897209403 |