土体积变化的现象。受荷重作用，水从饱和土孔隙中排出，体积随时间变化的全过程称固结。固结过程中，土内超静水压力不断消散，有效应力相应增长，引起土体积改变的现象称压缩。可见，固结反映了超静水压力的消散过程。粘土透水性低，消散慢，固结迟缓；反之，砂土固结迅速。固结与压缩关系到地基沉降和土体稳定性。

土的单向压缩与固结特性由固结试验测定。方法是置土样于固结仪中，使其在不允许侧向变形条件下垂直方向受压。常规试验采用分级加荷，测记每级荷重下的压缩过程和稳定压缩量。也可进行连续加荷试验。试验结果可绘成压缩曲线：e～p曲线或e～logp曲线（图1）和固结曲线：e～/ogt曲线（图2），从而可计算各项压缩性指标（见表），供沉降分析之用，如表，先期固结压力P_c亦由e～logp曲线估计。地基内某点的P_c与该点现有覆盖土层有效压力P_o之比P_c/P_o称超固结比OCR。按应力历史，天然土可区分为：正常固结土，OCR＝1；超固结土，OCR＞1；欠固结土，OCR＜1。土的应力历史不同，其压缩性与强度等亦将有别。

图1 压缩曲线

图2 固结曲线

地基变形一般具三向性质。但若土层厚度与基础宽度相比较薄，或基础埋砌较深，则变形主要是垂直单向压缩。其变形条件类似于固结试验。此类情况的压缩包括主固结和次压缩，也称次固结，前者是随超静水压力消散，土孔隙比减小引起的变形，它是固结前期的主要分量；后者主要产生于固结后期，尤其是超静水压力消散殆尽后，常认为是土颗粒间相互调整位置的滞后蠕变效应。次压缩仅在高塑性粘土和有机质土中才有明显的反映，若不计次压缩，地基在加荷后t时刻的沉降量S_t按下式计算：

土的压缩性指标

土的压缩与固结

式中 S为主固结沉降量；U_t为t时刻压缩土层的平均固结度，由固结理论求得。

主固结沉降量是地层沉降的主要分量。设地基土在原有土层覆盖压力P₁时的孔隙比为e₁，受建筑物荷重引起的附加压力△P₂后，孔隙比减小为e₂（此时总压力为p₂＝p₁＋△p₂），土层厚度为H，则按压缩曲线，查取p₁、p₂时的e₁与e₂，即可由下式计算固结沉降：

土的压缩与固结

对于较厚土层或成层地基，可分层计算叠加。

利用e～logp曲线计算的相应公式为：

土的压缩与固结

为消除试样在取样时的扰动影响，希默特曼（J.H.Schmertmann）建议了修正e～logp曲线的方法。

中国黄文熙提出过考虑土体三向变形的沉降计算公式。斯肯普敦和比觉纶（A.W.Skempton and L.Bjerrum）建议了较简单的计及三向变形效应的单向压缩计算式：

土的压缩与固结

式中的S意义同前，λ为计及三向效应的修正系数，它与压缩层相对厚度和孔隙压力系数A有关，在三向变形沉降中，还应该考虑不排水条件下由于剪切形变引起的沉降，即瞬时沉降分量。

地基沙土不易取得原状试样供室内试验。可按现场试验（标准贯入、静力触探或旁压仪等试验）结果估计土的压缩性指标，再按理论公式估算沉降量。

计算土层固结度常用太沙基单向固结理论。假设外荷重瞬时施加于地基面，土层单向排水，单向固结，土中渗流服从达西定律，土的固结系数C_v为常量，按图3所示土层边界条件，得单向固结微分方程如下：

土的压缩与固结

按图3边界条件，太沙基采用了分离变量法，求得式（5）的解为u＝f（z，T_v）如图4。其中T_v＝■t，为无量纲时间因数；H为土层最大排水距离，对双面排水的土层，H为土层厚度之半；如只有向上排水，则H即等于土层厚。图中每一曲线表示某时刻t（T_v）沿土层厚的超静水压力分布，这样的曲线称等时线。按等时线可得t（T_v）时刻z深度处一点的固结度：

图3 固结土层

图4 双面排水固结土层的等时线

土的压缩与固结

该时刻全土层的平均固结度则为：

土的压缩与固结

式中u_i、u分别为开始时刻和t时刻该点的超静水压力。式（7）说明，土层的固结度，实际为某时刻土层超静水压力的平均消散度。按几何意义，即等于某时刻土层有效应力面积与起始超静水压力面积A之比，如图5。各种起始超静水压力分布图形的U＝f（T_v）的数值关系有现成的图或表可查。

图5 用面积比表示土层固结度

考虑土体三向变形、三向排水的三向固结理论由比奥（M.A.Biot）于1941年提出。这个理论既满足弹性材料的应力—应变关系和平衡条件，又满足土体变形协调条件和水流连续方程，能给出问题的精确解。但利用该理论求解相当复杂。太沙基假定在恒定外荷重下，土体中的总应力不随固结进程而变化，由此得到简化的固结微分方程，称扩散方程。在一定条件下，后一解答可近似于精确解。三向固结理论的实用情况之一是用于设计有轴对称平面渗流的砂井地基。此时全土层的固结度U是垂直向渗流固结度与轴对称水平向渗流固结度的综合反映，三者间的理论关系为：

土的压缩与固结

即前述的单向固结度；与水平向轴对称渗流时间因数T_r的关系已有理论解，由图表查取。

非饱和土体孔隙中除含不可压缩的水，尚有可压缩气体，两种介质有相互作用，它们的运动规律有待研究。对这类土、至今尚无成熟的固结理论。

孔隙水压力与有效应力 地基中地下水位以下一点孔隙水所受的压力称静水压力u_s。地面施加建筑物荷重后，该点水压力的增量则为超静水压力u_e。孔隙水压力通常指上述二种压力之和，u＝u_s＋u_e。如果地下水位不变，仅超静水压力随时间而消散，消散至零时，渗透固结告终。太沙基早在1925年以前，即发现饱和土中一点的总应力等于该点的孔隙水压力与土粒间的有效应力σ′之和.即σ＝u＋σ′。这就是奠定近代土力学基础的著名的有效应力原理，实际上迄今还无法直接测定一点的有效应力，一般是用计算的总应力σ和实测的孔隙水压力u，通过式σ′＝σ-u来计算。

除固结作用，土体受剪切时也引起孔隙压力增量：剪胀时压力下降，剪缩时压力上升。土中有渗流时孔隙压力增量系渗流力的反映。非饱和土亦因体变引起孔隙压力，但它包含孔隙水压力和孔隙气压力两个分量。对这类土，现有的几种有效应力原理表达式还缺少可信的论证。