استحکام برشی خاک
نظریه حالت بحرانی

درک پیشرفته‌تر از رفتار خاک تحت برش منجر به توسعه نظریه حالت بحرانی مکانیک خاک شد . در حالت بحرانی مکانیک خاک، در جایی که خاک تحت برش این عمل را در یک حجم ثابت انجام می‌دهد، یک مقاومت برشی مشخص که «حالت بحرانی» نیز نامیده می‌شود، مشخص می‌شود؛ لذا سه مقاومت برشی معمولاً برای خاک تحت‌برش موجود می‌باشد:
بیشترین استحکام  \tau p
حالت بحرانی یا استحکام در حجم ثابت  \tau cv
استحکام باقی‌مانده  \tau r
با توجه به حالت اولیه ذرات خاک که تحت برش قرار می‌گیرند، حداکثر استحکام ممکن است قبل یا در حین حالت بحرانی رخ دهد:
یک خاک سست در اثر برش حجمی منقبض می‌شود و ممکن است مقاومتی بالاتر از حالت بحرانی ایجاد نکند. در این مورد، هنگامی که خاک از نظر حجمی انقباض خود را متوقف کرد، مقاومت «اوج» با مقاومت برشی حالت بحرانی منطبق خواهد شد. ممکن است بیان شود که چنین خاکهایی "مقاومت اوج" مشخصی از خود نشان نمی‌دهند.
یک خاک متراکم ممکن است کمی منقبض شود قبل از اینکه اینتر لاک دانه‌ای از انقباض بیشتر جلوگیری کند (قطع بین دانه ای به شکل دانه‌ها و آرایش بسته‌بندی اولیه آنها بستگی دارد). برای ادامه برش پس از ایجاد درهم‌تنیدگی دانه‌ای، حجم خاک باید افزایش یابد. از آنجایی که نیروی برشی اضافی برای انبساط خاک مورد نیاز است، مقاومت "اوج" رخ می‌دهد. هنگامی که این اوج استحکام ناشی از اتساع از طریق برش مداوم غلبه کرد، مقاومت ایجادشده توسط خاک در برابر تنش برشی اعمال شده کاهش می‌یابد (به عنوان "نرم‌شدن کرنش"). این کرنش نرم تا زمانی ادامه می‌یابد که در ادامه برش، تغییری در حجم خاک ایجاد نشود. اوج استحکام نیز در خاک رس‌های بیش از حد تحکیم مشاهده می‌شود که در آن بافت طبیعی خاک باید قبل از رسیدن به برش حجم ثابت از بین برود. اثرات دیگری که منجر به حداکثر استحکام می‌شود عبارتند از سیمان‌شدن و پیوند ذرات.
مقاومت برشی حجم ثابت (یا حالت بحرانی) خارج از خاک است و مستقل از چگالی اولیه یا آرایش دانه‌های آن است. در این حالت دانه‌هایی که از هم جدا می‌شوند، روی یکدیگر غلت می‌خورند، بدون اینکه در هم‌بستگی دانه‌ای یا رشد صفحه لغزنده روی مقاومت در برابر برش تأثیر بگذارد. در این مرحله، هیچ گونه پارچه ارثی یا پیوند دانه‌های خاک بر استحکام خاک تأثیر نمی‌گذارد.
استحکام باقیمانده برای برخی از خاک‌ها رخ می‌دهد که در آن شکل ذرات تشکیل‌دهنده خاک در طول برش هم‌تراز می‌شوند (شکل لغزنده) و در نتیجه مقاومت در برابر برش مداوم کاهش می‌یابد (نرم شدن بیشتر کرنش). این امر به ویژه در مورد بیشتر خاک‌های رس که دارای مواد معدنی صفحه‌ای هستند صدق می‌کند، اما در برخی از خاک‌های دانه‌دار با دانه‌های درازتر نیز مشاهده می‌شود. خاک رس‌هایی که دارای کانی‌های صفحه‌ای نیستند (مانند رس‌های آلوفانیک) تمایلی به نشان‌دادن استحکام باقیمانده ندارند.
استفاده عملی: با پذیرش نظریه حالت بحرانی و c' = ۰ مفروض باشد. p را می‌توان استفاده کرد، مشروط بر اینکه سطح کرنش‌های پیش‌بینی‌شده در نظر گرفته شود و اثرات گسیختگی بالقوه یا نرم‌شدن کرنش تا استحکام‌های بحرانی در نظر گرفته شود. برای تغییر شکل کرنش بزرگ، پتانسیل تشکیل یک سطح صاف با φ' r باید در نظر گرفته شود (مانند راندن شمع).
حالت بحرانی در نرخ کرنش شبه‌استاتیک رخ می‌دهد. این امر اجازه نمی‌دهد که تفاوت در مقاومت برشی بر اساس نرخ کرنش‌های مختلف وجود داشته باشد. همچنین در حالت بحرانی، هیچ تراز ذرات یا ساختار خاصی از خاک وجود ندارد.
مفهوم حالت بحرانی مورد انتقادات زیادی قرار گرفت تقریباً به محض اینکه برای اولین بار معرفی شد؛ عمدتاً ناتوانی آن در مطابقت داده‌های آزمایشی در دسترس از آزمایش طیف گسترده‌ای از خاک‌ها بود. این در درجه اول به دلیل ناتوانی نظریه‌ها در توضیح ساختار ذرات است. پیامد اصلی این ناتوانی، در مدل‌سازی پیک پس از نرم‌شدن کرنش است که معمولاً در خاک‌های انقباضی مشاهده می‌شود که دارای اشکال/خواص دانه ناهمسانگرد هستند. همچنین، فرضی که معمولاً برای انعطاف‌سازی مدل از منظر ریاضی مطرح می‌شود، بیان دارد که تنش برشی نمی‌تواند باعث کرنش حجمی شود؛ همچنین تنش حجمی باعث کرنش برشی نمی‌شود. از آنجایی که در واقعیت اینطور نیست، دلیل دیگری برای تطبیق ضعیف با داده‌های آزمایش تجربی در دسترس است. علاوه بر این، مدل‌های الاستو پلاستیک حالت بحرانی فرض می‌کنند که کرنش‌های الاستیک باعث تغییرات حجمی می‌شوند. از آنجایی که در خاک‌های واقعی نیز چنین نیست، این فرض منجر به تناسب ضعیف با داده‌های تغییر حجم و فشار منفذی می‌شود.