土壤結構
土壤結構是指土體中固相的排列方式。如眾所周知，土壤由固體顆粒與孔隙組成，孔隙中充滿水、空氣或水蒸氣，通常是部分空氣、部分水。土壤的結構由固體顆粒的排列方式決定。鬆散土與黏結土的結構彼此有本質上的差異。
鬆散土的結構
鬆散土的結構在重力作用下形成。這種土中的固體顆粒較大，會向下落沉，在重力作用下沉積，而這些顆粒之間的分子間吸引力不存在或很微弱，並會被重力克服。因此，在鬆散土中，固體顆粒彼此排列，佔據已排列顆粒之間的自由空間（圖 1_a_）。若鬆散土顆粒大致呈圓形且大小相同，例如均質砂的情況，則其結構可為 最緊密（圖 1_b_）或 最疏鬆（圖 1_c_），這取決於土中固體顆粒的排列。最緊密的結構對應鬆散土可達到的最大密實度，其孔隙率為 nmin=26%。最疏鬆的結構對應鬆散土可達到的最小密實度，其孔隙率為 nmax=48%。例如，沙丘中的鬆散砂其 n=47%。
圖 1 鬆散土的結構
如果鬆散土的顆粒粗細不一，較細的顆粒填充較粗顆粒之間的空隙（圖 2），則土壤孔隙率會顯著降低（n=20% 及以下）。
圖 2。不同粒徑鬆散土的結構
結合土的結構
在黏結土中，其結構與非黏結土不同。在黏結土中會出現凝聚力，這種力強於細小顆粒的重力，並使其在接觸面上黏結。因此，這些顆粒不會依序向下落下，而是彼此上下及相互黏結（圖 3_a_），從而形成鏈狀網絡結構（圖 3_b_）、絮狀結構（圖 3_c_）等，這些被稱為高階結構。此類結構具有很高的孔隙率，可達總質量的 60-80%，這在非黏結土中是不可能的。
圖 3。結合土的結構
孔隙率與孔隙係數
土壤孔隙率 定義為孔隙體積與土壤總體積之比（圖 4）。
圖 4。土壤的孔隙率與孔隙比
若以……表示
- Vp = 土壤孔隙體積
- Vm = 固體顆粒體積
- V = 土體總體積，
土壤孔隙率 n 按定義為
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
亦即佔土壤總體積的 %
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
土壤孔隙率係數定義為孔隙體積與固體顆粒體積之比：
e = VP / Vm.
由孔隙率 n 的公式可得：
nVP + nVm = VP, 因此 Vm = VP(1-n) / n.
將此值代入 e 的公式可得
e = n / (1-n).
由此方程可得
e - ne = n; n = e / (1 + e).
孔隙比係數反映土壤的密實度。若係數 e 越大，則土壤密度越小，反之亦然。若某種可壓縮土在荷載下產生沉降，則可利用沉降前後的孔隙比係數來確定沉降量 Δ_h_。
我們來觀察一層厚度為 h 的可壓縮土層（圖 5_a_）。若對該土層施加荷載，它將沉降 Δ_h 的高度，因此其厚度會因荷載而減少為 h1。因此
Δ_h_ = h – h1.
由於可壓縮土的沉陷是靠孔隙壓縮發生的，因為固體顆粒幾乎不可壓縮，而當土壤孔隙部分或全部充滿水時，水也同樣不可壓縮，因此這種沉陷可如圖 5_b_ 所示作示意表示。
圖 5。在荷載作用下，厚度為 h 的可壓縮土層之沉降 Δh
若以 h0 表示固體顆粒層在無孔隙時的假想高度，稱為 折算高度，則可用下式表示沉陷 Δ_h_ 與折算高度 h0 之間的關係：
若將寬度與長度皆為 1 的土層視為整體，則高度 h, h1 與 h0 代表體積，因此
其中 e 為沉降前的孔隙率係數，e1 為沉降後的孔隙率係數。由前式可得沉降
Δ_h_ = h0 (e-e1).
沉降可相對於沉降前層厚 h 表示，若以折減厚度 h0 的數值代入：
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
因為 n = VP / V = VP / h_,_ 所以 VP = nh。
因此可得
各類土壤具有以下平均孔隙率 n 與孔隙係數 e 值：
土壤含水量
土中水的種類
土壤中的水以固體顆粒間孔隙中的水，即所謂的 孔隙水，以及附著在固體顆粒上的 吸附水 和 結構水 的形式存在。
孔隙水_由固體顆粒之間的_自由水_組成，其運動遵循 Darcy 定律；此外還有在重力作用下自上而下於各方向移動、但不遵循 Darcy 定律的_重力水；受毛細力作用移動的_毛細水_；以及由表面張力 удерж於土壤固體顆粒間角隙中的_表面張力水_，也稱為_角隙孔隙水_。這些水分可透過將土壤在 110oC 的溫度下乾燥而完全去除。
_吸附水_是包覆固體顆粒、並以分子力與其結合的水。這就是所謂的 水膜，其厚度介於 6-80 µµ（1µµ=10-6 mm，毫微米）。吸附水對較粗顆粒的影響很小；然而，顆粒越細，其影響越大，因為顆粒總表面積增加，從而使單位土體體積內吸附水與固體顆粒的比例提高。這種水只能藉由在 110oC 乾燥而部分去除。
_結構水_是在礦物晶體中以化學方式結合於土壤固體顆粒內的水。這種水含量非常少，且無法藉由土壤乾燥去除。因此，這種水可視為固體顆粒的組成部分。
土中的含水量
依定義，土中的含水量或 土壤濕度，是土中所含水重與其固體組成部分重量之比。依土中含水量可分為三種情況：土壤完全飽和水分、土壤部分飽和水分，以及土壤完全乾燥。
土壤完全飽和於水中
若以 n 表示土壤孔隙率、γs 表示所有顆粒的單位重、γw 表示水的單位重，則飽和土壤的含水量 wZ 可由下列方程式表示
部分飽和水的土壤
若以 Ww 表示土壤中所含水分的重量，以 Wd 表示固體顆粒的重量，即土壤乾重，則土壤含水量 w
w = Ww / Wd , 即以土壤乾重百分比表示：w = 100 _Ww / Wd。
在此情況下，土壤濕度可表示為 含水程度 Sr，其代表土中實際水重與同一土壤中若所有孔隙皆充滿水時之水重的比值，亦即與飽和土的水重相比：
即，對於 _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
含水率的限值為：
- 對於完全乾燥的土壤 w = 0；Sr = 0
- 對於完全飽和土 w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
圖 6。部分飽和水的土樣
飽和度（有時也稱為飽含度或含水程度）亦可表示為充水孔隙體積與總孔隙體積之比（圖 6）：
Sr = V2 / V1
其中 V2 為充水孔隙體積，V1 為由水、空氣與氣體充填的孔隙總體積。若 w 為土壤含水量，以土壤乾重 Wd 的百分比表示，則有
V2 * γW = w Wd, 因而 V2 = w Wd / γw.
另一方面，我們有 V1 = V – Vd，而由於 Vd * γs = Wd, 因此
Vd = Wd / γs 和 V1 = V – Wd / γs。
因此，土壤飽和度 Sr 將為
即以土壤乾重的百分比表示
土壤完全乾燥
在此情況下，w = 0。所有孔隙水都已被去除，而吸附水僅部分去除，也就是說，水膜仍然存在，但其厚度已減小。