土的三相物質在體積和質量上的比例關系稱為三相比例指標。三相比例指標反映了土的干燥與潮濕、疏松與緊密，是評價土的工程性質的最基本的物理性質指標，也是工程地質勘察報告中不可缺少的基本內容。

可采用土的三相示意圖使三相比例關系形象化和闡述方便。

圖2-1 土的三相示意圖

V—土的總體積，cm³； m—土的總質量，g； V_s—土中固體顆粒實體的體積，cm³；

m_s—土的固體顆粒質量，g； V_v—土中孔隙體積，cm³； m_w—土中液體的質量，g；

V_w—土中液體的體積，cm³； m_a—土中空氣的質量，（m_a=0）； V_a—土中氣體的體積，cm³。

二、三相基本試驗指標

土的密度、土粒密度、土的含水量三個指標可在實驗室內直接測定，是實測指標，常稱為土的三相基本試驗指標。

1.土的密度（天然密度）

土的密度是指土的總質量與總體積之比，即單位體積土的質量，其單位是g/cm³，常見值為1.6~2.2g/cm³（見下表）。

工程實際中，常將土的密度換算成土的重度（γ），重度等于密度乘以重力加速度g，其單位是kN/m³，即

土的密度常用環刀法測定。

2.土粒密度（土粒比重）

土粒密度是指固體顆粒的質量與其體積之比，即單位體積土粒的質量，其單位為g/cm³。

土粒密度也稱土粒比重（土粒相對密度），是指土的質量與4℃時同體積水的質量之比，其值與土粒密度相同，但沒有單位，在用作土的三相指標計算時必須乘以水的密度值才能平衡量綱。

土粒密度大小決定于土粒的礦物成分，與土的孔隙大小和含水多少無關，它的數值一般在2.6~2.8g/cm³之間（見表2-1）。

土粒密度常用比重試驗法測定。

3.土的含水量

土中所含水分的質量與固體顆粒質量之比，以百分數表示，又稱土的含水率。

含水量通常以百分數表示，它是描述土的干濕程度的重要指標。土的天然含水量變化范圍很大，從干砂的含水量接近于零到蒙脫石的含水量可達百分之幾百。

含水量常用烘干法測定。

三、其它常用換算指標

除了上述三個試驗指標之外，還有六個可以計算求得的指標，稱為換算指標，包括以下指標。

1.表示土中孔隙含量的常用指標

土中孔隙大小、形狀、分布特征、連通情況與總體積等，稱為土的孔隙性。其主要取決于土的顆粒級配與土粒排列的疏密程度。實際上土的孔隙性指標一般反映的是土中孔隙體積的相對含量，主要有孔隙度和孔隙比兩個指標。

（1）孔隙度

孔隙度——又稱孔隙率，指土中孔隙總體積與土的總體積之比，用百分數表示。

土的孔隙度取決于土的結構狀態，砂類土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般為27~52%。

（2）孔隙比

孔隙比——指土中孔隙體積與土中固體顆粒總體積的比值，用小數表示。

土的孔隙比說明土的密實程度，按其大小可對砂土或粉土進行密實度分類。

如在《巖土工勘察規范》中，用天然孔隙比來確定粉土的密實度。e<0.75為密實；0.75≤e≤0.9為中密；e>0.9為稍密的粉土。

（3）孔隙比與孔隙度的關系

2.表示土中含水程度的指標

表示土中水含量的指標除含水量外，還有飽和度。

飽和度——土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分數表示。

飽和度可以說明土孔隙中充水的程度，其數值為0~100%，干土Sr=0；飽和土Sr=100%。

3.表示土的密度和容重的指標

（1）飽和密度

土的孔隙完全被水充滿時的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態水時的單位體積土的質量，即

式中：ρw為水的密度（g/cm³），常近似取1.0g/cm³。

（2）干密度

干密度指土在干燥狀態下的密度，在數值上等于單位體積中土粒的質量，即

干密度的單位是g/cm³。土的干密度越大，土越密實，強度就越高，水穩定性也好。干密度常用作填土密實度的施工控制指標。

在工程中飽和密度或干密度乘以重力加速度g，分別變換為飽和重度或干重度，

另外，處于地下水位以下的土層，如果土層是透水的，此時土受水的浮力作用，土的實際重量將減小，那么這種處于地水位以下的有效重度常特稱為土的浮重度，即

飽和重度與浮重度之間有關系，

對于同一種土來講，土的天然重度、干重度、飽和重度、浮重度在數值上有如下關系：

四、指標之間的換算關系

上述表示土的三相比例關系的指標一共有9個，即：土粒密度、天然密度、干密度、飽和密度、浮重度、含水量、飽和度、孔隙度、孔隙比。它們主要反映了土的密實程度與干濕狀態，而且相互之間都有內在聯系。

土的三相指標之間可以進行換算，由于三個基本指標可以實測，因此，一般用它們來換算其他指標。換算的一般方法是：

第一種方法：

第二種方法：

三相比例指標之間可以建立相互換算關系，具體的換算公式可查閱換算表2-2。

表2-2 三相比例指標之間的換算表

無粘性土的密實程度用相對密度Dr來表示，

式中：e_max為最大孔隙比，即最疏松狀態下的孔隙比；e_min為最小孔隙比，即緊密狀態下的孔隙比；e為天然孔隙比，即通常所指天然狀態下的孔隙比。

砂土的天然孔隙比界于最大和最小孔隙比之間，故相對密度Dr=0~1；當e=e_max時，Dr=0，砂土處于最疏松狀態；當e=e_min時，則Dr=1，砂土處于最緊密狀態。

工程實際中，常用相對密度判別砂土的震動液化，或評價砂土的密實程度。按相對密度值可將砂土分為三種密實狀態，

實際上，由于砂土原狀樣不易取得，測定天然孔隙比較為困難，加上實驗室測定砂土的與精度有限，因此計算的相對密度值誤差較大，在實際工程中，常用標準貫入測試來判定砂土的密實狀態，見表2-3。

表2-3 用標貫擊數判定砂土的密實狀態