在岩土工程中大量遇到的是非飽和土 ，孔隙中不僅含有水，也包含部分空氣，一般視為三相體。 近年來人們對非飽和土有了深入研究，認為液相與氣相的交接面是一層薄的水膜，具有表面張力，能直接影響到土的力學特徵，所以有人認為應該把水膜視為一個獨立相，與三相區別開來，使非飽和土形成四相體。 由於水膜很薄，所佔體積很小，在建立土體各相的體積唱質量關係時，仍可按三相體對待，產生誤差不大。
當土處於非飽和狀態時，孔隙中不僅有水、空氣，且含有水膜，當飽和度 S ｒ 接近於 １，則孔隙中形成許多小氣泡，為孔隙水所包圍，相互不連通，其孔隙氣壓 u ａ 與孔隙水壓 u ｗ 並不相等，而且 u ａ 總是大於 u ｗ 的，由圖加以說明：
孔隙水壓與孔隙氣壓平衡圖
設土中孔隙氣體為水所包圍，形成孤立的小氣泡，如圖（ａ）所示。 r ｍ 為氣泡半徑，孔隙水承受著水壓 u ｗ ，而氣泡承受氣壓 u ａ ，至於包圍氣泡的水膜將產生表面張力 T。 設氣泡處於靜力平衡狀態，如果過氣泡中心取一截面a—a，如圖所示，則可建立如下平衡方程：
如果孔隙中的氣體相互貫通，並與大氣相連，則孔隙氣壓 u ａ 將約為０．１ ＭＰａ，這樣的孔隙可想象為一半徑為 r 的毛細管，如圖 （ｂ）所示。
孔隙水與氣體的接觸面為一曲面水膜，設其曲面半徑為 r ｍ ，水膜的張力 T 與管壁成 α角，根據水與土顆粒材料分子力的相互作用，α一般小於 ９０°，因此按照力的平衡原理，力平衡方程為：
此式與上式完全相同。 由該式可以發現，等式的右邊為正值，故能證明 u ａ 總是大於u ｗ 的。 同時，也可以看出孔隙水壓和氣壓差與水膜曲率半徑成反比，或者與孔隙平均半徑成反比，這說明壓力差與土的孔隙大小有關。 根據試驗觀測，在砂土中由於土孔隙較大，水與氣的壓力差很少超過５KPa 的，而在黏土中，孔隙非常小，壓力差往往可大過 １０MPa。關於部分飽和土在外力 σ作用下的有效壓力 σ′、孔隙水壓 u ｗ 和孔隙氣壓 u ａ 的分配關係，按照
畢肖普提出的關係式為：
式中， χ 為試驗係數。 當土處於完全乾燥時， χ ＝０；當土處於完全飽和時， χ ＝１；當土處於非飽和狀態時， χ 值則與飽和度 S ｒ 以及土的性質等因素有關，在 ０ 與 １ 之間變化。 設想土體中存在有氣泡和水，通過顆粒之間接觸點作一不規則截面 a—a，設截面積為 １，其中顆粒接觸面為a，水截面積為 a ｗ ，氣體截面積為 １—a—a ｗ 。 由於 a 相對甚小，只不過為總截面積的百分之幾，故可忽去不計，這樣空氣截面積將為 １ －a ｗ 。 現作用在單位截面顆粒之間的平均有效應力為σ′，而總應力為 σ，則
如果把式（４．５１） 換為式（４．５０），則式（４．５０） 中的 χ 就相當於
其中水的表面張力 鈔 t 與水溶液的性質有關，壓力差u ａ －u ｗ 與土的類別有關，a ｗ 表示單位孔隙斷面中水所佔的面積，在一定程度上能反映土的飽和度 S ｒ ，故 χ 值與上述各因素自然存在著很密切的關係。
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