上节课我们学习了土体实际投入使用以后，如何有效的防止水渗透所产生的病害，本节课我继续学习土体在投入使用以后，另外一件不可避免的事情，那就是土在压力作用下体积压缩变小的性能---土的压缩性。我们已经知道土是由固体颗粒、孔隙中的水和气三相物质组成，根据土的三相图我们可以看出土的压缩变形有三种可能：（1）土粒本身的压缩变形，（2）孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形，（3）孔隙中水和气体部分被挤出，土的颗粒相互靠拢使孔隙体积减小的压缩变形。大量试验研究表明，当工程上常遇到的压力小于600KPa时，土中固体颗粒和孔隙水的压缩量极其微小可忽略不计、气体的压缩性较强。由于自然界中土一般处于开放系统，孔隙中的水和气体在压力作用下不可能被压缩，而是被挤出，因此目前研究土的压缩变形都假设主要是由于孔隙中水和气体有一部分被挤出，土的颗粒相互靠拢使孔隙体积减小的压缩变形。

基于这一假设土体压缩变形的快慢主要取决于土中孔隙水排出的速度，排水速率与土体的渗透性有关，即取决于土体孔隙通道的大小和土中粘粒含量的多少。对透水性大的砂土，其压缩过程在加载后的较短时间内即可完成；对于粘性土，尤其是饱和软粘土，由于粘粒含量多，排水通道狭窄，孔隙水的排出速率很低，其压缩过程比砂性土要长得多，这种土的压缩随时间增长的过程我们称为土的固结。在相同压力条件下，不同土的压缩变形量差别很大，常通过室内压缩试验或现场荷载试验来测定。

在工程实际中，土的压缩变形可能在不同的条件下进行，如当建筑基础砌置较深时，基底土体基本上不能向侧面膨胀，只能发生垂直方向变形；当建筑基础砌置较浅时，基底土体受压时周围基本上没有限制，受压过程除垂直方向变形外，还将发生侧向的膨胀变形。本节课我们学习建筑基础埋置较深，不能发生侧向变形只能发生垂直变形的压缩特性，用侧限压缩仪（也称固结仪）来做试验进行研究，针对　a）原状土-现场取土；b) 重塑土-泥浆预固结土；c）压实土（静压实或动压实）三种类型的土分别使用低压、中压和高压固结仪。

试验方法是用金属环刀切取原状土样（注意土样不能受扰动）连同环刀一起放入压缩仪内（如图3-1），试样上下面放透水滤纸和透水石，顶部加2kpa的预加应力后，装好量测压缩变形的百分表，再分级加载，在每级荷载作用下压至变形稳定。变形稳定的标准是每小时变形量小于0.01mm或按时间顺序记录24小时内的百分表读数，测出土样稳定变形量后，再加下一级压力。对于饱和土，试验过程中水槽内的水需浸没试样，非饱和土，用湿布围于固结容器顶部，防止试样内水分蒸发。一般土样加四级荷载，加压梯度按Δpi/pi=1加载，即50KPa、100KPa、200KPa、400KPa，由于假设土的压缩仅仅是由于孔隙体积的减小，所以根据每级荷载下的稳定变形量，我们可以计算出相应荷载作用下的孔隙比，然后以横坐标表示压力p，纵坐标表示孔隙比e，绘制e-p关系曲线，此曲线称为压缩曲线，也就是我们的试验成果。如果渗透系数k≧10-125px/s的土，我们取每小时沉降量不大于0.005mm作为压缩稳定标准。

试验中压力p由压力砝码施加，孔隙比e怎样由土体变形量求得？我们推导如下：设土样的初始高度为h0、土样的断面积为A（取样环刀的断面积），土样的初始孔隙比为e0，土颗粒体积为Vs，由第二讲土的物理性质得知e0=土中孔隙体积Vv/土颗粒体积Vs=(Ah0-Vs)/Vs，则土粒体积Vs=Ah0/(1+e0)，（e0由比重瓶试验求得相对密度ds推算e0=(dsρw/ρd）-1,土的颗粒比

重参考值砂土2.65 ～ 2.69,粉土2.70 ～ 2.71,粉质粘土2.72 ～ 2.73,粘土2.74 ～ 2.76 ）。（如图3-2）当压力增加至pi时，土样的稳定变形量为Δsi，土样的高度hi=h0-Δsi,此时土样的孔隙比为ei,土粒体积为Vsi=A(h0-ΔSi）/(1+ei)，由于土样是在侧限条件下压缩，所以土样的截面积A不变，土颗粒是不可压缩的，所以Vs=Vsi，即Ah0/(1+e0)=A(h0-ΔSi）/(1+ei)，则ei=e0-ΔSi（1+e0）/h0。依次求出每级荷载下的孔隙比，绘制压缩曲线（如图3-3），曲线中我们看出孔隙比随压力增加而减小。

为了便于工程力学计算我们根据压缩曲线引入压缩系数a和压缩模量E两个参数，（如图3-3）压缩系数为压力从p1增至p2，孔隙比由e1减至e2，在此区段内的割线M1M2的斜率，a=tanɑ=(e1-e2)/(p2-p1)=-Δe/Δp,《规范》规定：p1,p2单位用kpa，a的单位用MPa-1，则a=-1000(e1-e2)/(p1-p2)，图中看出，a值大则表示在一定压力范围内孔隙比变化大，说明土的压缩性高。为了便于统一比较和研究，习惯上取p1=100kpa,p2=200kpa.对应土的压缩系数用a1-2表示，a1-2<0.1MPA-1时，属低压缩性土；0.1MPA-1≦a1-2<0.5MPA-1属中压缩性土；a1-2≧0.5MPA-1属高压缩性土。由于同一种土的压缩曲线的斜率是变化的，不方便衡量，所以我们常用压缩指数Cc来衡量，Cc是将压缩曲线横坐标值换成对数值，绘出e-lgp曲线，如图3-3我们可以看出曲线的后半段接近直线，它的斜率为压缩指数，压缩指数越大，土的压缩性越高，Cc>0.4属高压缩性土，Cc<0.2属低压缩性土，0.2≦Cc≦0.4属中等压缩性土。Cc参数在后续研究土层固结历史对沉降计算中会用到。一般以原来自重应力p1增加到自重应力与附加应力之和p2，但在工程应用中，

公式中我们可以看出土的压缩系数和压缩指数评价土的压缩特征时土的天然孔隙比对压缩性的影响没有体现出来，为了更加科学我们引入另一指标土的压缩模量Es来研究土的压缩性，压缩模量的概念在材料力学中我们已经学习，即指在侧限条件下，土的竖向应力增量与竖向应变增量的比值，Es=δ/ε=Δp/(Δs/h1)=(1+e1)/a。由式可见，Es与a成反比，a即越大，Es越小，土越软。一般Es<4MPA属高压缩性土，Es=4~15MPA属于中等压缩性土，Es>15MPA为低压缩性土。

这就是我们本节课学习的内容--土的压缩性。求得土的压缩性指标后，我们可以计算出建筑基础的最终沉降量，并可以研究地基变形与时间的关系，求出建筑物使用期间某一时刻的沉降量或完成一定沉降量所需要的时间，也就是太沙基一维固结理论，从而在设计和施工时有效控制建筑物沉降，避免导致建筑物开裂、倾斜或影响其正常使用，甚至破坏。