結合土から円柱を切り出し、これを法線圧 P（図 1）の作用下に置くと、円柱内には新たな応力、すなわち鉛直圧縮応力 σ と水平せん断応力が生じる。圧力 P を徐々に増加させると、しばらくして円柱に斜め亀裂が現れ、その直後に円柱は破壊する。破壊時には、円柱は圧力 P の作用によって、最小抵抗のせん断面 N-N に沿ってずれ破壊する。
図 1。凝集性土から取り出した円柱に対する圧力の作用
破壊時に円柱が力 P の作用に対して示した土の抵抗を土のせん断抵抗と呼び、水平に対する最小抵抗面の傾斜角 α を 土のせん断最小抵抗面の角度 と呼ぶ。
結合土のせん断抵抗は、二つの基本抵抗から成る。すなわち、固体粒子間の_内部摩擦_と、固体粒子を結び付ける凝集力である。土のせん断強度は、破壊時の最大せん断応力に等しいものとし、次式で表される
τf = c + σ tg_φ_
ここで：τf は土のせん断強度 [kp/cm2]、
c 土の凝集力 [kp/cm3],
σ 土の法線応力 [kp/cm3],
φ 土の内部摩擦角。
この上式はフランス人 Coulomb が 1785 年に示したものである。この式によれば、与えられた土に対して凝集力 c は一定であり、法線圧力に依存しない一方、摩擦抵抗 σ tg_ϕ_ は応力 σ に正比例する。実際には凝集力 e は与えられた土について一定ではなく、ある程度は法線応力 σ にも依存する。というのも、その圧力の作用によって固体粒子を覆う水膜の厚さが減少し、それによって凝集力が増大するからである。Coulomb の式は透水性土に対して成り立ち、そこでは法線圧力の作用により間隙水が抵抗なく排出される。これは砂礫土や砂質土の場合であるが、透水性が低い粘性土の場合ではなく、そのため間隙水は容易に絞り出されず、荷重 P の作用下で緊張した間隙水として残る。
土中の有効応力と中立応力
図 2。土中の有効応力と中立応力
土の試料、たとえば乾燥砂を容器の底に置き、鉛散弾などの重量 W で荷重すると、その重量による荷重の全ては土粒子が受け持つ。試料表面に作用する比圧 p0 = W/A［kp/cm3］、ここで A は試料の断面積であるが、これは試料の沈下、すなわち空隙率の低下を引き起こすとともに、せん断強度の増大、圧縮係数の増大など、他の物理的性質にも変化を生じさせる。粒子間の接触面に作用する圧力は、有効_または_粒間圧 σ’ と呼ばれる。圧密が達成され、すなわち試料が荷重 p0 の下で沈下しなくなったとき、有効圧は、その土を観察している深さにおける総比圧に等しくなる。この場合、図2の試料表面下の深さでは、σ’ = W/A + hzγ となり、ここで γ は試料の単位容積重量である。
しかし、もし容器内の試料に鉛の散弾の代わりに高さ h まで水を満たし、それが試料のすべての空隙を満たしているとすれば、試料上方の水柱の圧力 hγw、ここで γw は水の単位体積重量であるが、これは試料の沈下や孔隙率の低下を引き起こさず、せん断強度や圧縮係数を増大させることもない。したがって、静水圧 hγw は 中立圧 と呼ばれる。u で表される中立圧は、試料内をあらゆる方向に同じ強さで伝わる。この圧力はせん断強度の増加を引き起こさない。なぜなら、水自体にはせん断強度がまったくないからである。
したがって、有効応力 σ’ は土粒子間の接触面を通じて伝達され、中立応力 u は間隙水を通じて伝達される。容器の下部が、単位体積重量 γz の飽和土試料で満たされており、試料表面の上から水位 N まで容器が単位体積重量 γw の水で満たされている場合、試料の任意の点における全応力 σ は σ = σ’ + u. となる。
深さ hz、試料表面下では有効応力は σ = σ’ - u となる
ここで σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
したがって、σ’ = hz γ’ となる
γ’ は、水中に浸った土の単位体積重量である。
土のせん断強度の一般式
結合土に荷重 P を加えると、この荷重は土の沈下を引き起こし、まずその作用によって孔隙内の空気が押し出され、やがて孔隙には水だけが残る。結合土は透水性が小さいため、水はすぐには押し出されず、孔隙内に拘束水として残って当初は外荷重 P 全体を受け持つ。さらに時間が経つと、荷重 P の作用の下で孔隙から水が排出され始め、固体粒子が接近し、今度は荷重 P の一部を受け持つ。すると τf =c + (σ - u) tg_ϕ, となる。ここで σ は荷重 P による全圧、u は間隙水圧である。
間隙水圧 u は、圧密の時間経過、土の透水性、土荷重の大きさなど多くの要因に依存する。土のせん断強度は間隙水圧に依存し、土の圧密が生じる u=0 のときに最大となる。
土壌のコロイド活性
土の内部抵抗の要素である_凝集_と_摩擦_はさまざまであり、土粒子の粗さや塑性特性に大きく依存する。結合性土の内部摩擦抵抗に対する凝集の影響を明らかにするために、Skempton は土のコロイド活動度 K_P という概念を導入した。これは、塑性指数 IP と、全質量の重量比 % における 0,002 mm より小さい粒子量との比で表される。その際、次の基準が採用された（図 3）：
図 3。土壌のコロイド活性
KP < 0,75 のとき、非活性粘土である,
KP = 0,75 – 1,25 は普通粘土である。
Kp > 1,25 の活性粘土の場合。
KP が増加すると、粘着性土における凝集力の影響は内部摩擦に対して大きくなる。
土壌の感受性
粘性土において、直径3—3,4 cm、高さ約5 cmの円柱を取り出し、これに圧縮荷重を加えると、円柱が破壊した瞬間に、乱さない状態の土の圧縮強度 σ__ₙ: が得られます。
σn = P/A kp/cm2で,
ここで A は円柱の断面積である。
試験終了後、破壊した試料を取り除き、前回の試験時の含水状態を保ったまま、同じ円筒型の型枠を用いて、同じ寸法の円柱を再び作製する。ついで、作製直後にその練り直した円柱について試験を繰り返し、攪乱状態における土の圧縮強度 σ__ₚ. を求める。
感受性（sensitivity） S__ₜ は、無乱状態における圧縮強度と乱された状態における圧縮強度の比である: St = σn/σp,
ある基準によれば、感受性 S__ₜ は次のように評価されます:
- t = 1 — 2 のとき、粘土の感度は小さい。
- S__ₜ = 2 — 4 の場合、粘土の感受性は中程度である。
- S__ₜ = 4 — 8 のとき、粘土の感受性は大きい、
- S__ₜ > 8の場合は敏感な粘土です。
自然界では、地震などの機械的作用により、粘土質土が突然その強度を失い、その後静止状態で再び強度を回復することがある。この性質を 土のチキソトロピー と呼ぶ。多くの粘土は、ある程度チキソトロピー性を有する。ノルウェー、スウェーデン、フィンランドでは、チキソトロピー性粘土の流出によって切土斜面がすべる事例が知られており、調査により、この過程で粘土の含水量に変化がなかった、すなわち流出の前後で粘土の含水量は一定であったことが確認されている。