土体结构
土的结构是指土体中固相的排列方式。众所周知，土由固体颗粒以及由水、空气或水蒸气充填的孔隙组成，通常部分为空气、部分为水。土的结构由固体颗粒在土中的排列所决定。松散土和胶结土的结构彼此有本质区别。
松散土的结构
无结合土的结构在重力作用下形成。此类土体的固体颗粒较粗并向下沉降，在重力作用下堆积，而这类颗粒之间的分子间吸引力不存在或极小，并且可被重力克服。因此，无结合土中固体颗粒彼此并列排列，占据已排列颗粒之间的空隙（图 1_a_）。如果无结合土的颗粒近似呈圆形且大小相同，例如级配均匀的砂土，那么其结构可以是 最密实（图 1_b_）或 最疏松（图 1_c_），这取决于土中固体颗粒的排列。最密实结构对应无结合土可能达到的最大密实度，其孔隙率为 nmin=26%。最疏松结构对应无结合土可能达到的最小密实度，其孔隙率为 nmax=48%。例如，松散的沙丘砂的 n=47%。
图 1 非结合土的结构
如果松散土的颗粒大小不一，使较细颗粒填充较粗颗粒之间的空隙（图2），则土的孔隙率要小得多（n=20%及以下）。
图 2。不同粒径级配的无结合土结构
结合土的结构
在黏性土中，其结构与散粒土不同。黏性土中会出现黏聚力，它强于细颗粒的重力作用，并将颗粒在接触面上粘结在一起。因此，这些颗粒不会依次向下沉落，而是彼此相互粘结并相互依附（图 3_a_），从而形成链状网格结构（图 3_b_）、絮状结构（图 3_c_）等，这些被称为高阶结构。这类结构具有很高的孔隙率，可达总质量的 60-80%，而散粒土则不可能如此。
图 3。胶结土的结构
孔隙率和孔隙系数
土的孔隙率 定义为孔隙体积与土总体积之比（图 4）。
图 4。土的孔隙率与孔隙比
如果我们用
- Vp = 土壤孔隙体积
- Vm = 固体颗粒的体积
- V = 土体总体积，
土体孔隙率 n 按定义为
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
即占土体总体积的百分比
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
土的孔隙系数定义为孔隙体积与固体颗粒体积之比：
e = VP / Vm.
由孔隙率 n 的公式得：
nVP + nVm = VP, 因而 Vm = VP(1-n) / n.
将该值代入 e 的公式中得到
e = n / (1-n).
由此方程可得
e - ne = n; n = e / (1 + e).
孔隙比表示土体的密实度。孔隙比 e 越大，土体密实度越小，反之亦然。若某种可压缩土体在荷载作用下发生沉降，则可利用沉降前后的孔隙比来确定沉降量 Δ_h_。
设想一层厚度为 h 的可压缩土层（图 5_a_）。如果对该层施加载荷，它将沉降 Δ_h_ 的高度，因此在荷载作用下其厚度减小为 h1。因此
Δ_h_ = h – h1.
由于可压缩土的沉降是通过孔隙实现的，因为固体颗粒实际上不可压缩，而且当土中孔隙被水部分或全部充满时，水也同样不可压缩，因此这种沉降可在图 5_b_ 中示意表示。
图 5。 在荷载作用下，厚度为 h 的可压缩土层的沉降 Δh
如果用 h0 表示一个由固体颗粒组成、无孔隙的假想层高，称为 折算高度，那么我们可以用下式将沉降 Δ_h_ 与折算高度 h0 的关系表示为：
如果我们考察宽度和长度均为单位的土层，则 h、h1 和 h0 表示体积，因此
其中 e 为固结前的孔隙比，e1 为沉降后的孔隙比。由前者可得沉降量
Δ_h_ = h0 (e-e1).
如果用沉降前的层高 h 来表示沉降，则可将其写成相对于修正后高度 h0 的形式：
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
因为 n = VP / V = VP / h_,_ 所以 VP = nh.
因此可得
各类土的孔隙率 n 和孔隙系数 e 的平均值如下：
土壤含水率
土中的水的类型
土中的水以固体颗粒之间孔隙中的水出现，即所谓的 孔隙水，也以固体颗粒上的 吸附水 和 结构水 的形式出现。
孔隙水 由固体颗粒之间的 自由水 组成，其运动遵循达西定律；还包括在重力作用下自上而下、向各个方向运动但不遵循达西定律的 重力水；由毛细力作用下运动的 毛细水；以及因表面张力而保留在土中固体颗粒之间角隙中的 表面张力水，也称为 角隙孔隙水。通过在温度为 110oC 下烘干土样，可以将这些水完全去除。
_吸附水_是包裹固体颗粒并通过分子力与其结合的水。这就是所谓的 水膜，其厚度范围为 6-80 µµ（1µµ=10-6 mm，毫微米）。吸附水对较粗颗粒的影响很小；但颗粒越细，其影响越大，因为颗粒总表面积增大，从而单位土体体积内吸附水与固体颗粒的比例也随之增大。这种水只能通过在 110oC 下干燥去除一部分。
_结构水_是在矿物晶体中与土体固体颗粒化学结合的水。这种水含量很少，不能通过土壤干燥去除。因此，这种水可视为固体颗粒的组成部分。
土中的含水量
按定义，土中的含水量或 土壤湿度 是土中所含水分重量与其固体组成部分重量之比。根据土中含水量可分为三种情况：完全饱和土、部分饱和土和完全干土。
土体完全饱和水分
若以 n 表示土的孔隙率，以 γs 表示所有颗粒的体积重，以 γw 表示水的体积重，则饱和土的含水率 wZ 可由下式表示
部分饱和含水土
如果用 Ww 表示土中所含水分的重量，用 Wd 表示固体颗粒的重量，即土的干重，那么土的含水量 w
w = Ww / Wd , 即按土体干重百分比表示为：w = 100 Ww / Wd.
在这种情况下，土壤湿度可用 湿度程度 Sr 表示，它是土中实际水重与若土中所有孔隙都充满水时同一土体中水的重量之比，即与饱和土中水的重量之比：
即对于 _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e。
含水程度的限值为：
- 对于完全干燥的土壤 w = 0；Sr = 0
- 对于完全饱和土壤 w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
图 6。部分饱和水的土样
饱和度（有时也称为饱和程度或含湿程度）还可表示为充水孔隙体积与总孔隙体积之比（图 6）：
Sr = V2 / V1
其中 V2 为充满水的孔隙体积，V1 为充满水、空气和气体的孔隙总体积。如果 w 为土体含水率，占土体干重 Wd 的百分比，则有
V2 * γW = w Wd, 因而 V2 = w Wd / γw.
另一方面，我们有 V1 = V – Vd，由于 Vd * γs = Wd, 因此
Vd = Wd / γs 和 V1 = V – Wd / γs.
因此，土的饱和度 Sr 将为
即以土壤干重的百分比表示
土壤完全干燥
在这种情况下，w = 0。所有孔隙水都已除去，而吸附水只被部分去除，也就是说，水膜仍然存在，但其厚度已减小。