在岩土工程中大量遇到的是非饱和土 ，孔隙中不仅含有水，也包含部分空气，一般视为三相体。 近年来人们对非饱和土有了深入研究，认为液相与气相的交接面是一层薄的水膜，具有表面张力，能直接影响到土的力学特征，所以有人认为应该把水膜视为一个独立相，与三相区别开来，使非饱和土形成四相体。 由于水膜很薄，所占体积很小，在建立土体各相的体积唱质量关系时，仍可按三相体对待，产生误差不大。
当土处于非饱和状态时，孔隙中不仅有水、空气，且含有水膜，当饱和度 S ｒ 接近于 １，则孔隙中形成许多小气泡，为孔隙水所包围，相互不连通，其孔隙气压 u ａ 与孔隙水压 u ｗ 并不相等，而且 u ａ 总是大于 u ｗ 的，由图加以说明：
孔隙水压与孔隙气压平衡图
设土中孔隙气体为水所包围，形成孤立的小气泡，如图（ａ）所示。 r ｍ 为气泡半径，孔隙水承受着水压 u ｗ ，而气泡承受气压 u ａ ，至于包围气泡的水膜将产生表面张力 T。 设气泡处于静力平衡状态，如果过气泡中心取一截面a—a，如图所示，则可建立如下平衡方程：
如果孔隙中的气体相互贯通，并与大气相连，则孔隙气压 u ａ 将约为０．１ ＭＰａ，这样的孔隙可想象为一半径为 r 的毛细管，如图 （ｂ）所示。
孔隙水与气体的接触面为一曲面水膜，设其曲面半径为 r ｍ ，水膜的张力 T 与管壁成 α角，根据水与土颗粒材料分子力的相互作用，α一般小于 ９０°，因此按照力的平衡原理，力平衡方程为：
此式与上式完全相同。 由该式可以发现，等式的右边为正值，故能证明 u ａ 总是大于u ｗ 的。 同时，也可以看出孔隙水压和气压差与水膜曲率半径成反比，或者与孔隙平均半径成反比，这说明压力差与土的孔隙大小有关。 根据试验观测，在砂土中由于土孔隙较大，水与气的压力差很少超过５KPa 的，而在黏土中，孔隙非常小，压力差往往可大过 １０MPa。关于部分饱和土在外力 σ作用下的有效压力 σ′、孔隙水压 u ｗ 和孔隙气压 u ａ 的分配关系，按照
毕肖普提出的关系式为：
式中， χ 为试验系数。 当土处于完全干燥时， χ ＝０；当土处于完全饱和时， χ ＝１；当土处于非饱和状态时， χ 值则与饱和度 S ｒ 以及土的性质等因素有关，在 ０ 与 １ 之间变化。 设想土体中存在有气泡和水，通过颗粒之间接触点作一不规则截面 a—a，设截面积为 １，其中颗粒接触面为a，水截面积为 a ｗ ，气体截面积为 １—a—a ｗ 。 由于 a 相对甚小，只不过为总截面积的百分之几，故可忽去不计，这样空气截面积将为 １ －a ｗ 。 现作用在单位截面颗粒之间的平均有效应力为σ′，而总应力为 σ，则
如果把式（４．５１） 换为式（４．５０），则式（４．５０） 中的 χ 就相当于
其中水的表面张力 钞 t 与水溶液的性质有关，压力差u ａ －u ｗ 与土的类别有关，a ｗ 表示单位孔隙断面中水所占的面积，在一定程度上能反映土的饱和度 S ｒ ，故 χ 值与上述各因素自然存在着很密切的关系。
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