Skip to main content

Plastic Behaviour of Saturated Porous Media

  • Chapter
Advances in Continuum Mechanics
  • 161 Accesses

Abstract

Porous media with empty or fluid-saturated pores play an important role in many branches of engineering, e.g., in material science, the petrol industry, chemical engineering and soil mechanics. Although porous media are of considerable practical significance, the description of their mechanical behaviour was unsatisfactory for a considerable time, and has only recently reached well-founded conclusions. The main topic of research today lies in the development of constitutive relations for single constituents and the interaction effects of saturated porous solids. In this range, constitutive equations for fluids and interaction effects are derived which, in several cases, are sufficient for application in engineering. This, however, is not true for solid skeletons. Even if the skeletons behave elastically, many problems arise in describing this property. This becomes even more difficult if plastic effects occur; their description sometimes leads to invincible difficulties. Thus, rigorous assumptions must be introduced in order to develop a mathematical model for which consistent constitutive equations can be derived. In this paper, the assumptions refer to the restriction of small deformations, to the neglect of elastic deformations, and to the treatment of a liquid-saturated porous solid with an incompressible viscous liquid and an incompressible solid material in the plastic range.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 84.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Fillunger, P.: Der Auftrieb in Talsperren. Österr. Wochenschrift für den öffentlichen Baudienst (1913) 532–556, 567–570

    Google Scholar 

  2. Fillunger, P.: Neuere Grundlagen für die statische Berechnung von Talsperren. Zeitschrift des Österr. Ing.- und Arch.-Vereines (1914) 441–447

    Google Scholar 

  3. Fillunger, P.: Versuche über die Zugfestigkeit bei allseitigem Wasserdruck. Österr. Wochenschrift für den öffentlichen Baudienst (1915) 443–448

    Google Scholar 

  4. Fillunger, P.: Auftrieb und Unterdruck in Talsperren. Die Wasserwirtschaft 22 (1929) 334–336, 371–377, 388–390

    Google Scholar 

  5. Fillunger, P.: Zur Frage des Auftriebes in Talsperren. Die Wasserwirtschaft 23 (1930) 63–66, 519

    Google Scholar 

  6. Fillunger, P.: Auftrieb und Unterdruck in Staumauern. Gesamtbericht zweite Weltkraftkonferenz Berlin: VDI-Verlag GMBH 1930

    Google Scholar 

  7. de Boer, R. and Ehlers, W.: The Development of the Concept of Effective Stresses. Acta Mechanica 83 (1990), 77–92

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  8. Fillunger, P.: Erdbaumechanik?. Wien: Selbstverlag des Verfassers 1936

    Google Scholar 

  9. von Terzaghi, K.: Die Berechnung der Durchlässigkeitsziffer des Tones aus dem Verlauf der hydrodynamischen Spannungserscheinungen. Sitzungsbericht Akad. Wiss., Math.-Naturwiss. KI. Abt. Ila 132 Wien 1923 125–138

    Google Scholar 

  10. von Terzaghi, K.: Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer Grundlage. Leipzig-Wien: Franz Deuticke 1925

    MATH  Google Scholar 

  11. von Terzaghi, K.: Festigkeitseigenschaften der Schüttungen, Sedimente und Gele. In: Auerbach und Hort (eds.). Handbuch der phys. und techn. Mechanik Band IV,pp. 513–578. Leipzig: Barth 1931

    Google Scholar 

  12. von Terzaghi, K.: Der Auftrieb und Kapillardruck an betonierten Talsperren, Die Wasserwirtschaft 26 (1933) 397–399

    Google Scholar 

  13. von Terzaghi, K.: Die wirksame Flächenporosität des Betons. Zeitschrift des Österr. Ing.- und Arch.-Vereines (1934) 30–32

    Google Scholar 

  14. von Terzaghi, K.: The Shearing Resistance of Saturated Soils and the Angle between the Planes of Shear. In: Casagrande, A. (ed.). First Int. Conf. on Soil Mech., Vol. 1, pp. 54–56. Cambridge Mass.: Harvard University 1936

    Google Scholar 

  15. Heinrich, G.: Wissenschaftliche Grundlagen der Theorie der Setzung von Tonschichten. Wasserkraft und Wasserwirtschaft 33 (1938) 5–10

    Google Scholar 

  16. Heinrich, G. und Desoyer, K.: Hydromechanische Grundlagen für die Behandlung von stationären und instationären Grundwasserströmungen. Ing.-Archiv 23 (1955) 73–84

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  17. Heinrich, G. und Desoyer, K.: Hydromechanische Grundlagen für die Behandlung von stationären und instationären Grundwasserströmungen–II. Mitteilung. Ing.-Archiv 24 (1956) 81–84

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  18. Heinrich, G. und Desoyer, K.: Theorie dreidimensionaler Setzungsvorgänge in Tonschichten. Ing.Archiv 30 (1961) 225–253

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  19. Bowen, R.M.: Incompressible Porous Media Models by Use of the Theory of Mixtures. Int. J. Engng. Sci. 18 (1980) 1129–1148

    Article  MATH  Google Scholar 

  20. Bowen, R.M.: Compressible Porous Media Models by Use of the Theory of Mixtures. Int. J. Engng. Sci. 20 (1982) 697–735

    Article  MATH  Google Scholar 

  21. Caroll, M.M. and Holt, C.A.: Suggested Modification of the P-a Model for Porous Materials. J. Appl. Phys 43 (1972) 759–761

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. Caroll, M.M.: Static and Dynamic Porecollapse Relations for Ductile Porous Materials. J. Appl. Phys. 43 (1972) 1626–1636

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. Green, R.J.: A Plasticity Theory for Porous Solids. Int. J. Mech. Sci. 14 (1972) 215–224

    Article  MATH  Google Scholar 

  24. Kojié, M. and Cheatham, J.B.: Theory of Plasticity of Porous Media with Fluid Flow. Soc. Petr. Eng. J. 14 (1974) 263–270

    Google Scholar 

  25. Koji M. and Cheatham, J.B.: Analysis of the Influence of Fluid Flow on the Plasticity of Porous Rock under an Axially Symmetric Punch. Soc. Petr. Eng. J. 14 (1974) 271–278

    Google Scholar 

  26. de Boer, R. and Kowalski, S.J.: A Plasticity Theory for Fluid- Saturated Porous Solids. Int. J. Engng. Sci. 21 (1983) 1143–1357

    Google Scholar 

  27. de Boer, R. and Kowalski, S.J.: Extremum Principles in the Theory of Plasticity for Fluid-Saturated Porous Media. Ing.-Archiv 55 (1985) 134–136

    Article  MATH  Google Scholar 

  28. de Boer, R. and Kowalski, S.J.: The Uniqueness Theorem for Solutions of Boundary–Value Problems in the Plasticity Theory for Fluid-Saturated Porous Solids. Z. angew. Math. Mech. 66 (1986) 119–121

    MATH  Google Scholar 

  29. de Boer, R. and Ehlers, W.: On the Problem of Fluid-and Gas- Filled Elasto-Plastic Solids. Int. J. Solids Structures 22 (1986) 1231–1242

    Article  MATH  Google Scholar 

  30. Ehlers, W.: Poröse Medien - ein kontinuumsmechanisches Modell auf der Basis der Mischungstheorie, Forschungsberichte aus dem Fachbereich Bauwesen 47. Essen: Universität-GH-Essen 1989

    Google Scholar 

  31. de Boer, R. and Ehlers, W.: Theorie der Mehrkomponentenkontinua mit Anwendung auf bodenmechanische Probleme - Teil I -, Forschungsberichte aus dem Fachbereich Bauwesen 40. Essen: Universität-GH-Essen 1986

    Google Scholar 

  32. Lade, P.V.: Three-Dimensional Stress-Strain Behavior and Modeling of Soils. Schriftenreihe des Instituts für Grundbau, Wasserwesen und Verkehrswesen. Heft 4. Bochum: Ruhr-Universität Bochum 1979

    Google Scholar 

  33. de Boer, R. and Brauns, W.: Kinematic Hardening of Granular Materials. Ing.-Archiv 60 (1990), 463–480

    Article  Google Scholar 

  34. de Boer, R.: Vektor-und Tensorrechnung für Ingenieure. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1982

    MATH  Google Scholar 

  35. de Boer, R.: On Plastic Deformation of Soils. Int. J. Plasticity 4 (1988) 371–391

    Article  MATH  Google Scholar 

  36. de Boer, R. and Dresenkamp, H.T.: Constitutive Equations for Concrete in Failure State. ASCE: Journal of Engineering Mechanics, Vol. 115 (1989) 1591–1608

    Article  Google Scholar 

  37. Gollub, W.: Grenzen und Möglichkeiten der Mohr-Coulombschen Bruchbedingung, Dissertation (Dr.-Ing.). Essen: FB Bauwesen, Universität Essen 1988

    Google Scholar 

  38. Hansen, J. Brinch and Lundgren, H.: Hauptprobleme der Bodenmechanik. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1960

    Book  Google Scholar 

  39. de Boer, R.: Constitutive Equations for Granular and Brittle Materials in the Plastic Range - A Kinematic Hardening Model. Report Mech 88/6, FB 10/Mechanik, Universität Essen

    Google Scholar 

  40. Drucker, D.C. and Prager, W.: Soil Mechanics and Plastic Analysis of Limit Design. Q. Appl. Math. 10 (1952) 157–165

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  41. von Mises, R.: Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand. Nachrichten von der Kgl. Gesellschaft Göttingen, Math. phys. KI. (1913) 582–592

    Google Scholar 

  42. Ko, H.-Y. and Scott, R.F.: Deformation of Sand in Shear. J. Soil Mech. and Found. 93 (1967) 283–310

    Google Scholar 

  43. Ko, H.-Y. and Scott, R.F.: Deformation of Soil in Failure. J. Soil Mech. and Found. 84 (1968) 883–898

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 1991 Springer-Verlag Berlin, Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

de Boer, R. (1991). Plastic Behaviour of Saturated Porous Media. In: Brüller, O.S., Mannl, V., Najar, J. (eds) Advances in Continuum Mechanics. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-48890-0_4

Download citation

  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-48890-0_4

  • Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg

  • Print ISBN: 978-3-540-53988-9

  • Online ISBN: 978-3-642-48890-0

  • eBook Packages: Springer Book Archive

Publish with us

Policies and ethics