如图7-1所示，设定计算模型区域为一立方体，模型的总高度为655 m，其中盐岩层及其泥岩夹层的总厚度为205 m，盐岩层上部为250 m厚泥岩层，下部为200 m厚泥岩层，根据实际地质情况，有两个厚度约为3 m的泥岩夹层从盐岩层穿过。水平盐岩溶腔的特点是在建腔时，能够合理避开厚夹层，因此选择在两个夹层之间建腔。盐岩所在地层已经属于深部地层，经过长期的地质运动以及盐岩本身的蠕变作用，通常可认为该地层盐岩处于静水压力状态。根据本书5.5节理论分析结果，溶腔断面形状高宽比为1是相对比较合理的，故拟定水平溶腔高度H与宽度W相等，其断面形状与5.5节相同，如图7-2所示。为了最大限度地利用盐岩资源，应预留最小的顶盐和底盐厚度，初步选取溶腔高度和宽度均为30 m，溶腔预留的顶盐和底盐厚度均为17 m。由于是对称模型，因此取一半来分析，利用FLAC3D建立的模型如图7-3所示，底面为200 m×250 m。上覆岩层重量简化为模型上表面的载荷，根据实际地层厚度以及地层密度计算所得的等效载荷为17.25 MPa。模型底面采用固定约束，其余4个垂直表面采用法向简支约束，单元类型采用六面体单元。地应力场采用三向等压自重应力场。

泥岩层、泥岩夹层均选取FLAC3D通用的Mohr-Coulomb材料模型，盐岩层采用国际惯用的改进的WIPP模型，根据文献[105]试验数据获得金坛实地的模型的材料参数如表7-1、表5-7（第5章）。

图7-2　溶腔和夹层局部模型示意图

图7-3　水平盐岩溶腔网格示意图

表7-1　各岩层材料力学特性计算参数

模型的计算步骤：

第一步，施加位移和应力边界条件，且施加自重地应力场，使模型整体达到初始的地应力平衡。

第二步，假设溶腔为瞬间开挖形成，并在围岩施加溶腔内卤水压力。根据溶腔中心埋深，施加卤水压力值为13.13 MPa（卤水密度为1 210 kg/m3）。

第三步，溶腔内部保持恒定卤水压力，蠕变3个月达到平衡。

盐岩和泥岩破坏的强度条件依然选取式（5-30）中定义的安全系数，若SF＞1，材料安全，反之，材料破坏。根据文献[106]的试验结果，盐岩的非线性三剪能量屈服准则拟合参数如表7-2所示。

表7-2　盐岩非线性三剪能量屈服准则拟合参数

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根据片帮准则，判断所选取溶腔尺寸的合理性应有以下三个限制条件：第一，开挖以后，在围岩处，不能出现破损区；第二，在顶、底板夹层界面盐岩和泥岩均没有破损区；第三，顶、底板夹层界面没有发生滑移失稳。下面逐一给出计算结果。

图7-4、图7-5给出了溶腔开挖平衡后，溶腔围岩周边的安全系数SF分布图。可以看出，围岩处安全系数SF最小，但均大于1。这表明开挖后，整体处于稳定。溶腔最底部的安全系数要大于顶部，分别为1.447和1.362，在围岩A点安全系数最小，仅为1.197，此处破坏的可能性最大。这与第5章5.5节分析的结果相一致，A点的应力状态处于最容易发生强度破坏的位置。在溶腔运营参数（例如极限最低运营气压）的设计中，值得特别关注。

图7-4　水平盐岩溶腔围岩安全系数分布云图

图7-5　水平盐岩溶腔围岩安全系数分布图

图7-6　B，D两点间盐岩安全系数分布图

溶腔顶部B点距顶部夹层最近，B点与夹层之间的盐岩受溶腔开挖以及夹层与盐岩变形差异的影响最大。图7-6给出了B，D两点间盐岩的安全系数变化曲线。可以看出，在BD段内，B点由于受开挖扰动最大，安全系数最低；随着垂直Z坐标的增大，受溶腔开挖扰动的影响减小，盐岩的安全系数近似线性增加；当Z坐标达到一定高度时，由于受到夹层的扰动，安全系数增加的速率变缓，但夹层的扰动不足以改变安全系数增加的趋势。

图7-7给出了在夹层1下界面，上、下泥岩和盐岩的安全系数。可以看出泥岩和盐岩均保持在稳定范围以内；由于受溶腔开挖的扰动较大，对称轴上，即溶腔的正上方泥岩和盐岩的安全性相对最低。图7-8给出了夹层1下界面的极限最小内摩擦角曲线。可以看出在X=20 m时，出现了峰值约为6.5°，若界面内摩擦角只需保持内摩擦角大于7.5°，则界面即保持稳定。

图7-7　夹层1下界面盐岩、泥岩安全系数分布图

图7-8　夹层1下界面极限最小内摩擦角曲线

总体来看，初选水平溶腔的建腔方案，在开挖后，无论是在围岩，还是在顶板以及顶板夹层界面，均可以保持稳定，因此该方案在建腔初期是合理的。