土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液二相相互作用表现出来的性质。前者称为土的基本物理性质，主要研究土的密实程度和干湿状况；后者主要研究黏性土的可塑性、胀缩性及透水性等。土的物理性质在一定程度上决定了它的力学性质，其指标在工程计算中常被直接应用。

土的三相组成实际上是混合分布的，为了使三相比例关系形象化和阐述方便，将它们分别集中起来画出土的三相示意图（图5-4）。

图5-4　土的三相示意图

V.土的总体积（cm3）；m.土的总质量（g）；Vs.土中固体颗粒实体的体积（cm3）；ms.土的固体颗粒质量（g）；Vv.土中孔隙体积（cm3）；mw.土中液体的质量（g）；Vw.土中液体的体积（cm3）；ma.土中空
气的质量，ma≈0；Va.土中气体的体积（cm3）

5.3.1.1　土粒密度

土粒密度（g/cm3）是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量。

土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙大小和含水多少无关，它的数值一般在2.60～2.80g/cm3之间（表5-4）。一般情况下，随有机质含量增多而减小，随铁镁质矿物增多而增大。它是土中各种矿物密度的加权平均值。

表5-4　各种主要类型土的土粒密度

土粒度密度是实测指标，可在实验室内直接测定。该指标一方面可以间接地说明土中矿物成分特征，另一方面主要用来计算其他指标。

5.3.1.2　土的密度与重度

土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3，根据土所处的状态不同，土的密度可分为以下几种情况：

（1）天然密度。天然状态下单位体积土的质量，称天然密度（g/cm3），即：

天然密度的大小取决于矿物成分、孔隙大小和含水情况，综合反映了土的物质组成和结构特征。土越密实，含水量越高，则天然密度就越大，反之就越小。由于自然界土的松密程度与含水量变化较大，故天然密度变化较大，一般值为1.6～2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一个实测指标。

（2）干密度。土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度（g/cm3），指单位体积干土的质量，即

干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。对于某一种土来说，矿物成分是固定的，土的密度大小只取决于土的孔隙性，所以干密度能说明土的密实程度。其值越大越密实，反之越疏松。干密度可以实测，但一般用其他指标换算求得，土的干密度一般在1.4～1.7g/cm3之间。

（3）饱和密度。土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即

式中：ρw——水的密度（g/cm3），常近似取1.0g/cm3。

工程实际中，常将土的密度换算成重度γ。重度等于密度乘以重力加速度g，即

与天然密度、干密度、饱和密度对应的重度分别称之为天然重度（γ）、干重度（γd）及饱和重度（γsat）。

处于地下水位以下的土层，如果土层是透水的，此时土受水的浮力作用，实际重量将减小，这种处于地水位以下的有效重度称为土的浮重度（γ′）即

浮重度等于土的饱和重度减去水的重度（γw），即：

对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有如下关系：

5.3.1.3　土的含水性

土的含水性指土中含水情况，说明土的干湿程度，有含水量与饱和度两个指标。

（1）含水量。土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率。

一般所说的含水量指的是天然含水量，土的含水量由于土层所处自然条件（如水的补给、气候、离地下水位的距离等），土层的结构构造（松密程度）以及沉积历史等的不同，其数值相差较大。如近代沉积的三角洲软黏土或湖相黏土，含水量可达100%以上，有的甚至高达200%以上；而有些密实的第四纪老黏土（Q3以前沉积），孔隙体积较小，即使孔隙中全部充满水，含水量也可能小于20%。干旱地区，土的含水量可能微不足道或只有百分之几。一般砂类土的含水量都不会超过40%，以10%～30%为常见值，一般黏性土的常见值为20%～50%。

土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量ωsat。

饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少，又能反映土的孔隙率大小。

（2）饱和度。土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度，以百分数表示。

或天然含水量与饱和含水量之比：

饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为0～100%。干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。工程实际中，饱和度主要用于评述砂类土的含水状况（或湿度），按饱和度大小常将砂类土划分为以下3种含水状况：稍湿的（Sr＜50%）、很湿的（50%≤Sr≤80%）和饱和的（Sr＞80%）。(www.daowen.com)

5.3.1.4　土的孔隙性

土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况与总体积等，称为土的孔隙性。土的孔隙性主要取决于土的颗粒级配与土粒排列的疏密程度。土的孔隙性指标主要有孔隙度和孔隙比。

（1）孔隙度。孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示。

土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于黏性土的孔隙度。土的孔隙度一般为27%～52%。新沉积的淤泥孔隙度可达80%。土的孔隙度是一个计算指标。

（2）孔隙比。孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示。

土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或粉土进行密实度分类。如在《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中，用天然孔隙比来确定粉土的密实度：e＜0.75为密实，0.75≤e≤0.9为中密，e＞0.9为稍密的粉土。工程实际中，除了用孔隙比评价砂类土或粉土的密实程度外，还用于地基沉降量的计算。土的孔隙度和孔隙比均是计算指标。两者的关系为：

（3）砂土的相对密度。砂土的密实程度还可用相对密度（Dr）来表示。

式中：emax——最大孔隙比，即最疏松状态下的孔隙比；

emin——最小孔隙比，即最紧密状态下的孔隙比；

e——天然孔隙比，即通常所指天然状态下的孔隙比。

砂土的天然孔隙比界于最大和最小孔隙比之间，故相对密度Dr=0～1；当e=emax时，则Dr=0，砂土处于最疏松状态；当e=emin时，则Dr=1，砂土处于最紧密状态。工程实际中，常用相对密度判别砂土的震动液化，或评价砂土的密实程度。按相对密度值可将砂土分为3种密实状态：Dr≤0.33为疏松的砂，0.33＜Dr≤0.67为中密的砂，Dr＞0.67为密实的砂。

砂土的最疏松与最密实的状态可在实验室由人工制备。实际上，由于砂土原状样不易取得，测定天然孔隙比较为困难，加上实验室测定砂土的emax与emin精度有限，因此计算的相对密度值误差较大。