地质资料表明，夹层的厚度从几厘米到几米不等。本书所讨论的所谓薄夹层是指夹层的厚度与顶盐厚度相比很小，几乎可以忽略不计，其厚度对夹层破坏及应力分布的影响很小。因此在研究夹层破坏时，把所谓的薄夹层看成了可能发生破坏的弱面，因此，其破坏形式主要以沿界面走向的滑移破坏为主。与垂直型溶腔相比，水平型溶腔的最大特点就是在建腔阶段，尽可能地避开厚夹层，从水平方向去扩大溶腔容积，因此厚夹层一般分布在溶腔的上部和下部。薄夹层则可能出现在溶腔顶部或者与溶腔界面相交，本节主要讨论的是溶腔顶部的薄夹层问题。

为了确定夹层所在界面是否滑移失稳，必须对该界面的应力大小及分布进行求解，应力分析模型如图5-15（a）所示。为了分析夹层界面上的应力，取单元体如图5-15（b）所示。

图5-15　水平盐岩溶腔夹层界面及应力分析示意图

由本书5.4.1节可知，水平型溶腔可简化为平面应变模型，界面只发生沿单一界面走向的滑移，属于单剪破坏问题，因此可使用三剪能力屈服准则的单剪形式，即Mohr-Coulom准则进行限制，因此在夹层界面保持稳定的条件可写为

式中，c，φ分别为薄夹层界面上的黏聚力和内摩擦角。

由于椭圆形断面溶腔围岩应力表达式太过冗长，下面仅以圆形断面溶腔为例进行分析。利用式（5-20）即可求得图5-15（b）单元体的应力分量σα，σr，τrα，而后利用弹性理论平面应力分析方法即可求得界面应力σn和τn，并将其代入式（5-23）即可得出夹层界面保持稳定的条件表达式。

由于溶腔埋深较大，可假设溶腔处于静水压力状态，即侧压系数λ=1，由平面弹性理论可知，图5-15（b）所示单元体中，σα，σr，τrα与σn，τn的关系为

其中，β=-α。

将式（5-20）代入式（5-24），即可解出夹层界面的应力σn，τn分别为

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将式（5-25）代入式（5-23）可得

式（5-26）即为水平薄夹层界面保持稳定的条件表达式，其中包含了溶腔内压、溶腔深度、溶腔半径、内摩擦角、黏聚力以及夹层至溶腔顶部距离等众多影响因素。因此，利用式（5-26）即可对上述影响因素提出限制条件。

若考虑夹层走向，即倾斜薄夹层的情况，则只需在式（5-26）基础上增加夹层倾角即可，式（5-26）变为

其中，θ为夹层与y轴正方向的夹角。

若夹层界面不存在剪胀，并且其抗拉强度为零，则可将黏聚力c忽略不计，因此，由式（5-26）得出的夹层界面保持稳定的条件表达式可另写为

以我国河南某地盐矿地质条件为例，盐岩层总厚度介于300～470 m，深度达1 000～1 500 m，取其地层平均密度ρ=2 500 kg/m3。假设水平溶腔力学模型如图5-15所示，溶腔断面为圆形，水平断面中心深度h为1 000 m，溶腔半径R为30 m，溶腔内压为0 MPa，夹层位置S为10 m，夹层倾角为0°。由式（5-28）可很容易地计算出夹层界面上各点保持稳定而所需的最小内摩擦角，即极限最小内摩擦角，如图5-16所示，当界面的实际内摩擦角大于极限最小内摩擦角，则界面保持稳定，反之，界面发生滑移失稳。

图5-16　S=10 m时夹层界面内的极限最小内摩擦角

从图5-16可以看出，沿夹层界面方向，各点处的极限最小内摩擦角首先急剧升高，当到达d=15.14 m处时，极限最小内摩擦角达到其峰值27.32°，而后逐渐降低，并趋于零。这表明，夹层界面距溶腔越远，受到溶腔开挖区域应力集中的影响越小；根据极限内摩擦角的定义，其峰值处最易发生滑移失稳。由此可知，若夹层界面整体的内摩擦角值均大于27.32°，则夹层界面将保持稳定，界面原有弹性应力可以维持。若夹层界面整体的内摩擦角值低于27.32°，则界面发生失稳。以界面内摩擦角20°为例，图中给出了可能发生滑移失稳的最小范围。在夹层界面上，该区域关于溶腔垂直中心轴的对称位置显然同样发生了滑移失稳，两个区域的滑移失稳势必导致盐岩层产生朝溶腔内部的位移，从而造成夹层界面的区域应力集中。