当薄夹层与溶腔断面相交时，显然夹层界面的应力分布和破坏范围与本书5.4.3节顶盐中的夹层有很大不同。从溶腔周边应力分布来看，应力集中在溶腔围岩处最严重，离溶腔越远，应力集中的影响越小。由于夹层与溶腔断面相交，溶腔围岩上的应力集中将直接作用于夹层界面，夹层的失稳也将发生在围岩处，由此带来的失稳风险相比溶腔顶部夹层会大大增加。为此，有必要对溶腔内薄夹层的失稳进行分析，其力学模型与图5-15类似，如图5-21所示。

腔内薄夹层的分析方法与溶腔顶部薄夹层完全相同，仍然可以在围岩处取单元体进行应力分析，如图5-21（b）所示，将单元体应力分析结果代入Mohr-Coulom准则，即得夹层界面保持稳定的限制条件，由于其表达式过于冗长，在此不再写出。

图5-21　水平溶腔内水平薄夹层及单元体应力分析示意图

若夹层界面不存在剪胀，且抗拉强度为零，则黏聚力忽略不计。如前所述，可以通过极限最小内摩擦角来给出滑移的范围，根据摩尔-库仑准则，用失稳系数可更直观地给出滑移失稳的判定条件，失稳系数n定义为

式中，n＜1，即表示夹层安全，反之，则表示发生破坏。

仍然以图5-16的地质条件为例，假设溶腔水平轴a=40 m，垂直轴b=30 m，侧压系数λ=1，内压为6 MPa，夹层界面的内摩擦角为30°，则可很容易计算出图5-21中围岩中夹层破坏区所在的极角范围，若夹层出现在此范围内，将发生滑移失稳，如图5-22所示。可以看出，夹层的位置（极角α）不同，失稳系数不同，即夹层发生破坏的可能性不同。在0°＜α＜35°范围内，n＜1，即夹层安全，随着α的增加，失稳系数开始近似线性增加，夹层的安全性开始降低；在36°＜α＜82°范围内，n＞1，即夹层开始出现破坏，随着α的增加，失稳系数首先逐步增加而后快速降低，在α=67°时出现极值，此时n=1.784 3，即夹层在此位置最危险，最易发生失稳；在83°＜α＜90°范围内，失稳系数n重新降低至1以下，夹层恢复安全。由此可见，夹层与水平溶腔的相对位置，直接关系着夹层发生失稳的危险程度。在图5-22的基础上，图5-23—图5-27分别给出了溶腔内压、溶腔断面形状、夹层界面内摩擦角、溶腔埋深以及溶腔侧压系数等因素对失稳系数的影响规律。

图5-22　水平溶腔内水平薄夹层破坏范围示意图

图5-23给出了溶腔内压在6～12 MPa变化时，失稳系数沿溶腔围岩的变化情况。可以看出，随着内压的增加，失稳系数整体逐步降低，当内压增加至12 MPa时，失稳系数已全部降至1以下，内压越大，夹层的安全性越好；与此同时，夹层最易发生失稳的位置也同时逐步下移，趋于溶腔中部。从破坏机理上而言，内压增加，溶腔内压与地应力将逐步趋于平衡，从而降低了在围岩处产生较大切应力的危险，提高了夹层的安全性。但内压不能无限增加，溶腔的稳定性还需考虑围岩的拉伸破碎，在围岩上不能出现拉应力。

取溶腔水平轴a=40 m保持不变，垂直轴b在10～70 m变化，分别对应于椭圆断面溶腔的垂直轴与水平轴之比为1/4，1/2，3/4，1/1，5/4，3/2，7/4，计算结果如图5-24所示。从图5-24可以看出，随着轴比的增大，夹层的失稳系数明显同时增加，且破坏区的范围也逐步增大，失稳系数的极值位置也逐步向溶腔上部移动。从几何形状来看，轴比的增加意味着断面形状从扁平椭圆向垂直椭圆过渡，溶腔断面为扁平椭圆时的失稳系数相对较低，夹层也较安全，从这个意义上来讲，扁平椭圆断面对于水平薄夹层更合理。

图5-23　不同溶腔内压情况下失稳系数示意图

取夹层界面内摩擦角介于10°～45°变化，结果如图5-25所示。可以看出，夹层失稳受夹层界面内摩擦角的影响非常巨大，夹层的失稳系数随着夹层界面内摩擦角φ值的增大而显著减小。当φ=45°时，在0°＜α＜90°范围内，失稳系数几乎全部降至1以下，夹层保持安全。夹层最易失稳位置（失稳系数极值处）随内摩擦角几乎没有变化，基本保持在α=67°。从破坏机理上也是合理的，内摩擦角的提高只会增加夹层的安全性，而不会导致其最危险位置发生变化。

图5-24　不同轴比情况下失稳系数示意图

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图5-25　不同内摩擦角情况下失稳系数示意图

取溶腔埋深从1 000～1 300 m变化，计算结果如图5-26所示。可以看出，随着溶腔深度的增加，地应力也会增加，这样就加大了地应力与内压之差，增加了在围岩上产生切应力的风险，夹层的失稳系数大大增加。但埋深的增加对失稳系数极值位置的影响不大，失稳系数极值位置只是随着埋深的增加，略有上移。

试验数据表明：盐岩是一种软岩，具有较大的变形能力，其泊松比μ最高可达0.5。侧压系数与泊松比的关系已由式λ=μ/（1-μ）给出。

图5-26　不同溶腔埋深情况下失稳系数示意图

由此可知，因盐岩泊松比的不同，侧压系数也会发生变化，从而导致溶腔围岩应力发生改变，对夹层失稳产生影响。因此，有必要讨论侧压系数对夹层失稳的影响。

取侧压系数在0.6～1范围内变化，计算结果如图5-27所示。可以看出，随着侧压系数的减小，失稳系数也逐步降低，有效地缓解了夹层失稳的风险。侧压系数的变化对夹层破坏区的下限位置几乎没有什么影响，但却有效降低了上限位置，从而缩小了夹层破坏区的范围。从机理分析，侧压系数的降低，即降低了盐岩层在水平方向的约束，从而减小了溶腔围岩处水平切应力，使得夹层发生滑移失稳的风险大大降低。

如图5-28所示，与溶腔断面相交的薄夹层不一定保持水平，在实际情况中，夹层走向可能会与水平方向（y轴）有一定的夹角θ。显然，夹层的破坏不仅与其所在位置（α）有关，并且还与其倾角θ有关。考虑倾角θ在0°～90°变化时夹层的破坏情况，计算结果如图5-29所示。

图5-27　不同侧压系数情况下失稳系数示意图

图5-28　倾斜内薄夹层示意图

从图5-29中可以看出，随着倾斜角θ的线性变化，失稳系数n也近似保持线性变化。随着倾斜角θ从0°开始增加，失稳系数同时降低，直至θ=30°处，失稳系数降至0，而后随着倾斜角θ继续增加，失稳系数开始逐步增大，当θ=65°时，失稳系数n开始大于1，夹层开始出现破坏。进一步分析，可以看出，倾斜夹层的破坏不仅与θ有关，还与其所在位置（α）有着直接关系。当θ=α时，即夹层倾角θ与α一致时，失稳系数最低，夹层不会发生破坏。随着夹层倾角θ与α方位的夹角的增加，失稳系数逐步增加，夹层失稳的风险增加。

图5-30给出了不同α条件下失稳系数的变化情况。可以看出，夹层能否保持稳定不能由α或θ单独确定。在倾斜夹层情况下，必须综合考虑α和θ，从而确定夹层的失稳系数。

图5-29　α=30°时，不同倾角条件下失稳系数示意图

图5-30　不同倾角条件下失稳系数示意图