当土壤承受较重荷载时,受到压缩,表现为孔度减小,孔径缩小(主要是通气孔隙减少),土壤的紧实度和容重增大等。
较干燥的土壤上承受荷载时,主要是垂直方向上的正应力(压力)使孔隙减少,容重增大,土壤变得比较紧实。在水分含量较高时(例如在塑性范围内),除正应力作用外,还要产生切应力(剪力)。在压力和剪力的共同作用下,土壤颗粒趋向极紧密的排列,通气孔隙大量减少,毛管孔隙及无效孔隙急剧增多。土壤的透水一通气性强烈减弱甚至消失,这种现象称为土壤粘闭。
在塑性范围内,拖拉机通过潮湿土壤时,在轮子的挤压下,土壤发生塑流而使轮子下陷,并有压紧土壤的作用。
在拖拉机等荷载的作用下,土壤表层的团聚体可能被压碎。因为土粒和水是相对不可压缩的,土壤的压缩主要是通过土壤的移动和土粒的重新排列实现的。
土粒的重新排列,随水膜的润滑作用而增强,与土壤含水量有密切关系。粘土的压缩试验表明,土壤的压缩性与含水量的增加呈抛物线关系。在水很少的情况下,土粒之间的粘结力和内摩擦力都很强,土壤不易被压缩。随着水分的增多,粘粒周围的水膜增厚,润滑作用增强。在压力的作用下粘粒极易变成紧密的定向排列,土壤容重显著增高。含水量进一步增加时,因土粒之间的距离增加,加上水对压力的支撑作用,土壤容重又趋减低,土壤变得不易压缩了。大量的试验证明,土壤在塑性范围内最易压缩。
影响土壤压缩性的因素除含水量外,还有土壤有机质含量和代换性阳离子种类等。有机物质本身具有一定的弹性,有促进稳定性团聚体形成的作用,所以富含有机质的土壤便不易发生压板。施用结构改良剂,也能减轻土壤压板。代换性阳离子种类影响胶体扩散层的厚度,当扩散层厚度增加时,土粒之间的距离随之增大,土壤可压缩的程度也就提高(即压缩性增大)。
土壤压缩过程既然是孔隙容积减小的过程,压缩程度可用孔隙比或孔度的变化来表示。孔隙比与压力之间的关系是: