土的临界状态是土力学中最为重要的概念之一,其给出了土体变形过程的终点,对于分析土体基本力学性质和建立相应的本构模型都十分重要。现有的临界状态理论是针对饱和土建立的,而对于非饱和土的临界状态,虽然在一些非饱和土本构模型中有所涉及,但它的基本定义和需要满足的充分条件均没有明确给出,相关的试验研究成果极为匮乏。因此,采用试验研究方法,探讨非饱和土达到临界状态过程中各状态参量的变化规律以及达到临界状态时所需满足的基本条件,将为后续的理论研究提供试验数据支持,为非饱和土工程问题的分析和解决提供理论基础。以非饱和粉砂为研究对象,利用非饱和土三轴试验系统(GDS)和饱和土全自动三轴仪开展相关试验研究,分别测定了不同干密度粉砂在不同净应力和吸力条件下剪切至临界状态过程中,土体的强度、体变、含水量及饱和度等相关状态参量的变化规律。在对试验数据分析和总结的基础上,借鉴饱和土临界状态理论的建立方法,并结合非饱和土的特性,给出了非饱和土剪切达到临界状态时需满足的基本条件,并建立了不同坐标平面上非饱和土临界状态方程,具体研究成果如下：1. 针对某一特定初始干密度下的非饱和粉砂,通过开展不同净应力、不同吸力下的三轴剪切试验,得到了临界状态时非饱和粉砂的各个状态变量(如偏应力、比体积、平均净应力、孔隙水比体积等)的变化规律,揭示了非饱和粉砂剪切至临界状态时所需满足的基本条件。试验结果表明：(1)随着轴向应变的不断增加,不同初始干密度粉砂试样的偏应力、体应变以及饱和度曲线最终趋于一稳定值。(2)剪切过程中饱和度的变化规律主要受体应变的影响,受含水量变化的影响较小。基于上述试验规律,分析了饱和度作为非饱和土临界状态评判指标的适用条件,即：试验剪切结束前后含水量变化较小或剪切过程中试样渗透性较好的非饱和土，可以考虑将饱和度作为土体是否剪切至临界状态的评判指标。2.针对不同初始干密度的非饱和粉砂,通过开展不同应力条件下的三轴剪切试验,对比分析了不同初始干密度试样在剪切过程中强度和体应变的变化规律,验证了松砂、密砂各自的典型力学特性。试验结果表明：干密度1.96g/cm3的粉砂表现出密实砂土的剪胀特性,以及达到峰值后开始软化的强度特性；干密度1.6g/cm3的粉砂则表现为松砂的剪缩特性,以及不断硬化的强度特性。3.基于上述试验研究成果,建立了q-p’、v-lnp’、vw-lnp’平面内的临界状态线方程,提出了从强度、变形和孔隙水三个方面对非饱和粉砂临界状态进行综合描述的方法,揭示了临界状态条件下非饱和粉砂强度、孔隙比、孔隙水比体积随吸力的变化规律。研究结果表明：(1)q-p’平面内的非饱和土临界状态线斜率Ms不受吸力影响,大小等于饱和土的临界状态线斜率M；截距μ则是吸力的函数,随吸力不同而发生改变。(2)v-lnp’平面内的非饱和土临界状态线斜率λs不受吸力影响,大小等于饱和土的临界状态线斜率λ；截距Γ则是吸力的函数,随吸力不同而发生改变。(3)vw-lnp平面内的非饱和土临界状态线斜率λw和截距Γw则是饱和度(吸力)的函数,函数的系数分别等于λ和Γ。