Laboratory investigation of beach scarp and dune recession due to notching and subsequent failure

Abstract

Analytical models to calculate notch development and subsequent mass failure of dunes are presented. The notch evolution model is based on a transport equation for sediment from the dune and the sediment volume conservation equation, whereas the models of mass failure are derived using elementary engineering statics and soil mechanics. An empirical transport coefficient in the model describing the notch growth rate is found to be related to the hydrodynamic forcing at the dune normalized by geotechnical parameters describing the resistive strength of the dune. Two modes of mass failure are modeled whereby the overhang generated by the removal of material from the dune foot (notching) slides downward or topples over following the development of a tensile crack some distance shoreward of the maximum notch depth. The accuracy of the notch evolution and mass failure models are assessed by comparing calculated recession distances against measurements from a small-scale laboratory experiment.

Observations and Predictions of Wave Runup, Extreme Water Levels, and Medium-Term Dune Erosion during Storm Conditions

“…In these conditions, the foredune is severely scarped due to flooding processes that exacerbate wave attack on the dune foot [6,[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17]. Based on this principle, Sallenger et al [18] and Ruggiero et al [19] proposed different models designed to assess the foredune's sensitivity to erosion generated by the impact of storm waves.…”

Infiltration and instability in dune erosion

“…An overturning moment that was due to undercutting may have caused the dune to slump between hours 8.5 and 9. In order to capture these slumps, a mechanism for undercutting and elastic beam theory [Erikson et al, 2007] could be included.…”

L’action des tempêtes sur l’érosion des dunes : les enseignements de la tempête du 10 mars 2008

“…Une seconde approche modélisatrice reposant sur l'analyse des processus dynamiques a été proposée en tenant compte de l'impact du jet de rive sur le front de dune (Fisher et Overton, 1984 ;Larson et al, 2004 ;Erikson et al, 2007). Ainsi, le recul total de la dune, et par là même le volume de sable érodé, est fonction de la fréquence et de l'intensité de chaque jet de rive dès lors que la hauteur de ce dernier (runup) est supérieure à celle du pied de dune (Overton et Fisher, 1988).…”

“…Ainsi, le recul total de la dune, et par là même le volume de sable érodé, est fonction de la fréquence et de l'intensité de chaque jet de rive dès lors que la hauteur de ce dernier (runup) est supérieure à celle du pied de dune (Overton et Fisher, 1988). Ces processus sont à l'origine du sapement de pied de dune qui, à terme, entraîne une déstabilisation de l'escarpement facilement identifiable par la présence de formes d'érosion telles que les fissures de tension, les éboulements, ou les glissements (Carter et Stone, 1989 ;Carter et al, 1990 ;Erikson et al, 2007). De nombreuses études ont toutefois insisté sur le rôle détermi-nant de la végétation racinaire qui permet de maintenir une forte pente de l'escarpement (40° à 43°) après érosion, alors que pour les dunes non végétalisées, les phénomènes de glissement et d'éboulement qui affectent le versant érodé entraînent une diminution de la pente (32° à 34°) (Carter, 1980).…”