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HYDRAULICS OF LEVEE OVERTOPPING

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Referencia: Código 09833


DESCRIPCIÓN:

Abril de 2022  - Lin Li..  -  Refª 09833

CONTENIDO:

Lin Li, Farshad Amini, Yi Pan, Saiyu Yuan, Bora Cetin

Abril de 2022       Páginas: 234

Código 09833      ISBN/EAN: 9780367535070

Book Description

Earthen levees are extensively used to protect the population and infrastructure from periodic floods and high water due to storm surges. The causes of failure of levees include overtopping, surface erosion, internal erosion, and slope instability. Overtopping may occur during periods of flooding due to insufficient freeboard. The most problematic situation involves the levee being overtopped by both surge and waves when the surge level exceeds the levee crest elevation with accompanying wave overtopping. Overtopping of levees produces fast-flowing, turbulent water velocities on the landward-side slope that can potentially damage the protective grass covering and expose the underlying soil to erosion. If overtopping continues long enough, the erosion may eventually result in loss of levee crest elevation and possibly breaching of the protective structure. Hence, protecting levees from erosion by surge overflow and wave overtopping is necessary to assure a viable and safe levee system.

This book presents a cutting-edge approach to understanding overtopping hydraulics under negative free board of earthen levees, and to the study of levee reinforcing methods. Combining soil erosion test, full-scale laboratory overtopping hydraulics test, and numerical modeling for the turbulent overtopping hydraulics. It provides an analysis that integrates the mechanical and hydraulic processes governing levee overtopping occurrences and engineering approaches to reinforce overtopped levees. Topics covered: surge overflow, wave overtopping and their combination, full-scale hydraulic tests, erosion tests, overtopping hydraulics, overtopping discharge, and turbulent analysis.

This is an invaluable resource for graduate students and researchers working on levee design, water resource engineering, hydraulic engineering, and coastal engineering, and for professionals in the field of civil and environmental engineering, and natural hazard analysis.

Table of Contents

Preface
Chapter 1 INTRODUCTION
1.1 Background
1.2 Contents of This Book

Chapter 2 SURGE OVERFLOW, WAVE OVERTOPPING AND COMBINATION
2.1 Surge Overflow
2.2 Wave Overtopping
2.3 Combined Wave and Surge Overtopping
2.4 Turbulent Overtopping

Chapter 3 THREE STRENGTHENING SYSTEMS
3.1 Background
3.2 Three Innovative Levee Overtopping Protection Methods
3.3 Material Properties of the Three Strengthening Systems

Chapter 4 FULL-SCALE PHYSICAL MODEL TESTING OF LEVEE OVERTOPPING
4.1 Full-scale Test Model Setup
4.2 Installation of Levee Strengthening Layers
4.3 Instrumentation and Data Collection
4.4 Testing Procedure
4.5 Erosion Check Method
4.6 Scale, Model, and Measurement Effects

Chapter 5 TESTING OF EROSION FUNCTION APPARATUS
5.1 Erosion Function Apparatus (EFA)
5.2 EFA Tests
5.3 Test Results

Chapter 6 HYDRAULIC PARAMETERS OF COMBINED WAVE AND SURGE OVERTOPPING
6.1 Distribution of Incident Wave
6.2 Wave Overtopping Patterns
6.3 Hydraulic Parameters of Surge-only Overflow
6.4 Combined Wave and Surge Overtopping Discharge
6.5 Hydraulic Parameters of Landward-side Slope
6.6 Standardized Analysis of Hydraulic Parameters of Combined and Surge Overtopping
6.7 Shear Stress

Chapter 7 TURBULENT ANALYSIS
7.1 Measurement Setup
7.2 Overtopping Discharge
7.3 Turbulent Intensity of Overtopping Flow
7.4 Turbulent Shear Stress

Chapter 8 HYDRAULIC EROSION ON LANDWARD-SIDE SLOPE OF LEVEES AND CONCEPTUAL MODEL OF SOIL LOSS FROM LEVEE SURFACE
8.1 Hydraulic Erosion on Landward-side Slope of Levees
8.2 Conceptual Model of Soil Loss from Levee Surface

Chapter 9 NUMERICAL STUDY OF COMBINED WAVE OVERTOPPING AND STORM SURGE OVERFLOW OF STRENGTHENED LEVEE
9.1 POM Method
9.2 SPH Method

Chapter 10 NUMERICAL STUDY OF TURBULENCE OVERTOPPING AND EROSION
10.1 Numerical Methodology
10.2 Model Calibration
10.3 Storm surge overflow erosion
10.4 Combined wave/surge overtopping shear stress, turbulence and erosion
10.5 Erodibility and failure of HPTRM-strengthened levee under different overtopping conditions

References

Descripción del libro

Los diques de tierra se utilizan ampliamente para proteger a la población y la infraestructura de las inundaciones periódicas y las mareas altas debido a las tormentas. Las causas de la falla de los diques incluyen el desbordamiento, la erosión superficial, la erosión interna y la inestabilidad de la pendiente. Puede ocurrir un rebase durante los períodos de inundación debido a un francobordo insuficiente. La situación más problemática implica que el dique sea desbordado tanto por la marejada como por las olas cuando el nivel de la marejada supera la elevación de la cresta del dique con el desbordamiento de las olas que lo acompaña. El desbordamiento de los diques produce velocidades de agua turbulentas y de flujo rápido en la pendiente del lado de la tierra que pueden dañar potencialmente la cubierta protectora de césped y exponer el suelo subyacente a la erosión. Si el desbordamiento continúa el tiempo suficiente, la erosión puede eventualmente resultar en la pérdida de la elevación de la cresta del dique y posiblemente la ruptura de la estructura protectora. Por lo tanto, es necesario proteger los diques de la erosión por el desbordamiento de la marejada y el desbordamiento de las olas para garantizar un sistema de diques viable y seguro.

Este libro presenta un enfoque de vanguardia para comprender la hidráulica de desbordamiento bajo tablero libre negativo de diques de tierra y para el estudio de métodos de refuerzo de diques. Combinando la prueba de erosión del suelo, la prueba hidráulica de desbordamiento de laboratorio a gran escala y el modelado numérico para la hidráulica de desbordamiento turbulento. Proporciona un análisis que integra los procesos mecánicos e hidráulicos que rigen los desbordamientos de diques y los enfoques de ingeniería para reforzar los diques desbordados. Temas cubiertos: desbordamiento de oleaje, desbordamiento de olas y su combinación, pruebas hidráulicas a gran escala, pruebas de erosión, hidráulica de desbordamiento, descarga de desbordamiento y análisis turbulento.

Este es un recurso invaluable para estudiantes de posgrado e investigadores que trabajan en el diseño de diques, ingeniería de recursos hídricos, ingeniería hidráulica e ingeniería costera, y para profesionales en el campo de la ingeniería civil y ambiental y el análisis de peligros naturales.

Tabla de contenido

Prefacio
Capítulo 1 INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
1.2 Contenido de este libro

Capítulo 2 DESBORDAMIENTO DE OLEAJE, DESBORDAMIENTO DE ONDA Y COMBINACIÓN
2.1 Desbordamiento
de oleaje 2.2 Desbordamiento de oleaje
2.3 Desbordamiento combinado de oleaje y oleaje
2.4 Desbordamiento turbulento

Capítulo 3 TRES SISTEMAS DE
REFUERZO 3.1 Antecedentes
3.2 Tres métodos innovadores de protección contra desbordes de diques
3.3 Propiedades materiales de los tres sistemas de refuerzo

Capítulo 4 PRUEBA DEL MODELO FÍSICO A ESCALA COMPLETA DEL DESBORDE DEL DIQUE
4.1 Configuración del modelo de prueba a escala real
4.2 Instalación de las capas de refuerzo del dique
4.3 Instrumentación y recopilación de datos
4.4 Procedimiento de prueba
4.5 Método de control de erosión
4.6 Efectos de escala, modelo y medición

Capítulo 5 PRUEBAS DEL APARATO DE FUNCIÓN DE EROSIÓN
5.1 Aparato de función de erosión (EFA)
5.2 Pruebas de EFA
5.3 Resultados de las pruebas

Capítulo 6 PARÁMETROS HIDRÁULICOS DEL DESBORDAMIENTO COMBINADO DE OLAS Y MAREJADAS
6.1 Distribución de las olas incidentes
6.2 Patrones de desbordamiento de las olas
6.3 Parámetros hidráulicos del desbordamiento de las olas solamente
6.4 Descarga combinada de las olas y las marejadas
6.5 Parámetros hidráulicos del talud hacia tierra
6.6 Análisis estandarizado de los parámetros hidráulicos de los y sobretensión de sobretensión
6.7 Esfuerzo cortante

Capítulo 7 ANÁLISIS TURBULENTO
7.1 Configuración de la medición
7.2 Descarga de desbordamiento
7.3 Intensidad turbulenta del flujo de desbordamiento
7.4 Esfuerzo cortante turbulento

Capítulo 8 EROSIÓN HIDRÁULICA EN EL TALUD HACIA LA TIERRA DE DIQUES Y MODELO CONCEPTUAL DE PÉRDIDA DE SUELO DESDE LA SUPERFICIE DEL DIQUE
8.1 Erosión hidráulica en el talud hacia tierra de los diques
8.2 Modelo conceptual de pérdida de suelo desde la superficie del dique

Capítulo 9 ESTUDIO NUMÉRICO DEL DESBORDAMIENTO COMBINADO DEL OLEAJE Y LA MAREJADA CICLONICA DEL DIQUE REFORZADO
9.1 Método POM
9.2 Método SPH

Capítulo 10 ESTUDIO NUMÉRICO DEL DESBORDAMIENTO Y LA EROSIÓN POR TURBULENCIA
10.1 Metodología numérica
10.2 Calibración del modelo
10.3 Erosión por desbordamiento por marejadas ciclónicas
10.4 Esfuerzo cortante, turbulencia y erosión combinados por olas/oleajes
10.5 Erosionabilidad y falla del dique reforzado con HPTRM bajo diferentes condiciones de desbordamiento

Referencias

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