Nghiên cứu các kiểu vỏ phong hóa và đất phục vụ quy hoạch và phát triển bền vững khu vực hành lang đường mòn Hồ Chí Minh trong phạm vi tỉnh Hà Tĩnh

Xuất phát từ nhận thức như vậy, đề tài "Nghiên cứu các kiểu vỏ phong hóa và đất phục vụ quy hoạch và phát triển bền vững khu vực hành lang đường H ồ C hí Minh trong phạm vi tỉnh H à Tĩ

MỤC LỤC

M ục lục 1

M ở đầu 3

Chương 1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã h ộ i 5

1.1 Điều kiộn tự n h iê n 5

1.1.1 Vị trí địa l ý 5

1.1.2 Đ á m ẹ tạo vỏ 6

1.1.3 K hí h ậ u 8

1.1.4 Đ ịa h ìn h 9

1.1.5 Thủy v ă n 10

1.2 Đ ặc điểm kinh tế - xã h ộ i 12

1.2.1 Dân cư và lao đ ộ n g 12

1.2.2 G iáo dục, y t ế 12

1.2.3 Kinh t ế 13

1.2.4 Công nhiệp 14

1.2.5 Dịch v ụ 15

C hư ơng 2 P h ư ơ n g p h á p ng h iên c ứ u 17

2.1 Khảo sát và lấy m ẫu hiện trườ ng 17

2.2 Thí nghiệm, phân tích mẫu trong p h ò n g 18

2.3 Xử lý kết quả phân t í c h 19

2.3.1 Xác định kiểu VPH và các đặc trưng chủ y ế u 19

2.3.2 Đ ánh giá khả năng trượt lở của nền đất V P H 20

2.3.3 Sử dụng phần mềm GEO- SLOPE đánh giá ổn định m ái d ố c 20

C hư ơng 3 C ấu tạ o v à th à n h p h ầ n v ậ t c h ấ t củ a đ ấ t - vỏ p h o n g h ó a 24

3.1 Vỏ phong hoá sialferit trên đá g ra n it 24

3.2 Vỏ phong hóa íerosialit trên đá trầm tích lục n g u y ên 35

C hư ơ ng 4 Đ á n h giá k h ả n ă n g trư ợ t lở củ a đ ấ t - vỏ p h o n g h ó a 43

4.1 Hiện trạng trượt l ở 43

4.2 Tính chất cơ lý của V P H 45

4.2.1 Thành phần độ hạt của sản phẩm phong h ó a 46

4.2.2 Các tính chất vật l ý 48

4.3 Sức chịu tải củ a nền đất V P H 54

4.4 Đ ộ ổn định m ặt cắt sườn dốc V P H 54

4.5 Giải pháp phòng c h ố n g 57

K ết luận 60

Tài liệu tham k h ả o 62

MỞ ĐẦU

Vấn đề nghiên cứu vỏ phong hóa (VPH) và đất ở V iệt Nam đã được thực hiện m ột cách có hệ thống từ những năm 60 của th ế kỷ trước Đầu tiên là công trình của nhà khoa học người Nga - M v Fridland - và các đồng nghiệp Việt

N am (Sơ đ ổ th ổ nhưỡng m iền Bắc Việt N am , tỷ lệ 1:1000.000 và chú giải,

1959){*\ Trong công trình này, tác giả đã khảo sát chi tiết các phẫu diện đất-vỏ

phong hóa ở m iền Bắc Việt Nam

Sau công trình của Fridland, công việc nghiên cứu VPH dường như bị ngừng lại m ột thời gian cho đến khi đất nước hoàn toàn được giải phóng Từ sau năm 1975, VPH đã thực sự trở thành đối tượng nghiên cứu của các nhà địa chất - địa lý trong nước Nhiều chuyên đề về VPH đã được thực hiện bởi các tác giả: Lê Văn Trảo (1983), M ai Trọng Nhuận (1984), Nguyễn Thành Vạn (1985), Phạm Văn An (1985), N guyễn Văn Phổ (1991), Đặng Mai (1994), N gô Quang Toàn và n.n.k (2000) v v

Trong các công trình trên, VPH chỉ được quan tâm với tư cách là m ột đối tượng liên quan với khoáng sản hoặc liên quan đến sự phát triển cây trồng, trong khi nhiều tai biến m ôi trường thường xẩy ra trong VPH như hiện tượng trượt lở trên các tuyến đường giao thông hay hiện tượng lũ quét, lũ bùn đá xẩy ra ở vùng núi Các tai biến đó ngày nay đang trở thành những vấn đề cấp thiết đối với lĩnh vực bảo vệ m ôi trường và phát triển bền vững

Xuất phát từ nhận thức như vậy, đề tài "Nghiên cứu các kiểu vỏ phong hóa

và đất phục vụ quy hoạch và phát triển bền vững khu vực hành lang đường H ồ

C hí Minh trong phạm vi tỉnh H à Tĩnh" đã được lựa chọn nhằm , lần đầu tiên,

ngoài việc nghiên cứu về các đặc điểm địa hóa - khoáng vật, còn quan tâm khảo sát các tính chất địa kỹ thuật của VPH hướng tới việc đánh giá khả năng trượt lở hai bên đường HCM , phục vụ quy hoạch và phát tiển bền vững của vùng Với

m ong m uốn đó, đề tài sẽ giải quyết hai mục tiêu sau:

- Xác lập các kiểu đất - VPH và làm sáng tỏ các đạc điểm về cấu tạo, thànhphần vật chất của chúng

- Đ ánh giá khả năng trượt lở hai bên đường Hồ Chí Minh

(,) Công trình này, sau đó, đã được Fridlan bổ sung và hoàn chỉnh, viết lại bằng tiếng Nga và Lê

Thành Bá dịch ra tiếng Việt "Đất và vó phong hóa nhiệt đới ẩm" Nxb Khoa học Kỹ thuật, 1973.

Để đạt được các m ục tiêu đó, nội dung nghiên cứu của để tài bao gồm:

- N ghiên cứu cấu tạo, hình thái VPH

- Nghiên cứu đặc điểm địa hóa- khoáng vật của đất và VPH

- N ghiên cứu tính chất cơ lý của VPH

- N ghiên cứu, đánh giá tính ổn định của nền đất VPH

Đề tài được thực hiện trong thời hạn 2 năm từ tháng 6 - 2006 đến tháng 6 -

2008 với 2 đợt khảo sát thực địa và phân tích thí nghiệm mẫu trong phòng (xem chi tiết ở chương 2) Tham gia khảo sát thục địa có PGS TS Đặng Mai, PGS.TS Nguyễn Văn Vượng, TS Đ ậu Hiển, Ths Phạm Thị Thu Thủy Việc xử lý sô' liệu

và viết báo cáo do chủ trì đề tài cùng với Ths Phạm Thị Thu Thủy, Ths Nguyễn Ngọc Trực và CN Đ ặng Quang Khang

Đề tài được hoàn thành nhờ vào sự hỗ trợ kinh phí của Đại học Quốc gia

Hà Nội, sự giúp đỡ, động viên của Ban Khoa học Công nghệ - ĐHQGHN, Phòng Khoa học Công nghệ, Phòng K ế hoạch Tài vụ trường Đ HK HTN và Ban chủ nhiêm Khoa Đ ịa chất N hân dịp này, tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn

Chương 1 ĐIỂU KIỆN T ự NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI

1.1 Đ iều kiện tự nhiên

Các yếu tố tự nhiên có vai trò quyết định đến việc hình thành và bảo tồn VPH bao gồm thành phần đá mẹ, khí hậu, địa hình, m ạng lưới thuỷ văn Trước khi trình bày chi tiết đặc điểm các yếu tô' đó, chúng tôi giói thiệu khái quát về vị trí địa lý vùng nghiên cứu

1.1.1 Vị t r í đ ịa lý

Vùng nghiên cứu nằm dọc theo tuyến đường H ồ Chí M inh, thuộc phạm vi các huyện Hương Sơn, Vũ Quang và Hương Khê cùa tỉnh Hà Tĩnh, trong phạm vi các tọa độ địa lý:

17°57'00" đến Ì S ^ T O " độ vĩ Bắc

105°45'00" đến 106°30’40" độ kinh Đông

Phía Bắc giáp tỉnh N ghệ An, phía Nam giáp tỉnh Quảng Bình, phía Tây giáp nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào, phía Đông là các huyện Đức Thọ, Can Lộc, Thạch Hà, c ẩ m X uyên (hình 1.1)

Về mặt thạch hoá, các đá thuộc phức hệ Trường Sơn có hàm lượng S i0 2 dao động trong khoảng 65,3 đến 77,6% ; giàu nhôm, với Al2O r 12 - 17%; tổng độ kiềm Na20 + K20 : 5 - 8,25% ; thường K20 > Na20 và tỷ số N a20 / K20 từ 0,4 đến 1,0

Hình 1-2 Granit phức hệ Trường Sơn Mẫu HT.06, nicol+

Phức hệ Sông M ã gồm các đá granit porphia, granit granophia Đ á có màu xám sáng, giàu fenspat kali và thạch anh, đôi khi là biotit Fenspat kali thường có hàm lượng cao hơn plagiocla, gồm hai loại là ortocla và m icroclin v ề mặt thạch hoá, các đá phức hệ này có hàm lượng silic oxit từ 68 đến 73,5% , độ kiềm Na-K -

5 - 8%, trong đó kali oxit cao hơn natri oxit, tương đối giàu nhôm.

I \ + \ ■+! Gracút

TcBm lích lục aguyta Tcêm ilcb lục aguyta xea cacboaai

Các đá thuộc hệ tầng Huổi Nhị phân bô' hạn chế, chỉ lộ ra một dải hẹp ở phía tây hành lang đường HCM từ Sơn Thọ đến thị trấn Vũ Quang Thành phần thạch học của hệ tầng này bao gồm cát kết, đá phiến sét, bột kết

Các đá thuộc hệ tầng La Khê lộ ra không liên tục từ phía nam thị trấn Vũ

Q uang ăến sát biên giối tỉnh Quảng Bình Thành phần thạch học bao gồm cát kết, bột kết, đá phiến silic, đá phiến sét, sét than.

Hệ tầng M ục Bài và Đông Thọ lộ ra ở tây nam hành lang đường HCM và bao gồm cát kết, đá phiến sét, bột kết

Trầm tích cacbonat phân bố hạn chế; gặp được ở phía tây bắc Hương Trạch

và đông nam Hương H óa (huyộn Hương Khê) Đ ó là các đá vôi m àu xám sáng, phân lớp dày đến dạng khối thuộc hệ tầng Bắc Sơn

Ngoài các đá cổ nói trên, trầm tích bở rời Đệ tứ cũng khá phổ biến Trên đoạn qua Hà Tĩnh, đường HCM chủ yếu chạy trên thành tạo này, đặc biệt là đoạn qua trũng Hương Khê

1.1.3 K h í h ậ u

Vùng nghiên cứu bao gồm các huyện phía tây Hà Tĩnh, nằm hoàn toàn trong miền Trường Sơn Bắc C hế độ nhiệt đới ẩm vẫn là nét đặc trưng cho khí hậu vùng và là yếu tô' thúc đẩy quá trình phong hóa phát triển mạnh Đây là m ột trong những trung tâm m ưa lớn của V iệt Nam Lượng m ưa trung bình năm đạt trên 2.400 mm (bảng 1.1) M ỗi năm có hai m ùa là m ùa mưa và m ùa khô, hay đúng hcm là mùa m ưa nhiều và m ùa mưa ít M ùa mưa kéo dài từ tháng V đến tháng XI

M ùa khô bắt đầu từ tháng XII đến tháng IV năm sau; có 3 tháng m ưa lớn là tháng XIII, IX và X (hình 1.4)

Bảng 1-1 Một số đặc trưng khí hậu tại trạm Hương Khê

Trung bình tháng cao nhất 29,1 Trung bình tháng cao nhất 572,2Trung bình tháng thấp nhất 17,4 Trung bình tháng thấp nhất 43,6

Hình 1-4 Diễn biến lượng mưa tháng tại trạm Hương Khẽ

(theo sô liệu của Trần Thanh Xuán, 2007)

Nhiột độ trung bình nãm khoảng 23,6°c Những tháng giữa m ùa đông khá lạnh, có 3 tháng (XII, I, II) nhiệt độ xuống dưới 20°c Lạnh nhất là vào tháng I, với nhiột độ tran g bình xuống tới 17,4°c N hiệt độ tối thấp là 6 -7 °c (ở Hương Khê có năm xuống đến 2,6°C) Thời kỳ nóng nhất là từ tháng V đến thángVIII với nhiột độ trung bình trên 28°c N hiệt độ tối cao ở trạm Hương Khê là 38,3°c.

Số giờ nắng trung bình năm là 1.800 giờ Thời kỳ nhiều nắng từ tháng V đến tháng v i n Trong những tháng này số giờ nắng trung bình 220 - 250 giờ/tháng Thòi kỳ ít nắng là từ tháng XII đến tháng n , với sô' giờ nắng trung bình

90 - 100 giờ/tháng

Là m ột vùng mưa nhiều, nhưng lượng bốc hơi không lớn nên độ ẩm tương đối rất cao, trung bình năm đạt tới 84 - 86% Thời kỳ ẩm ướt nhất kéo dài từ tháng IX đến tháng IV, với độ ẩm trung bình khoảng 90% Thời kỳ khô nhất kéo dài gần 4 tháng, từ tháng V đến tháng VIII, với độ ẩm trung bình 71-73%

1.1.4 Địa hình

Vùng nghiên cứu nằm ở phía đông của dãy Trường Sơn, trên đoạn Hà Tĩnh, đường H C M chạy qua hai dạng địa hình chính là đồi núi thấp và đồng bằng Đồi núi thấp phát triển trên các đá m agm a axit và trầm tích lục nguyên; phân bô' tại hai khu vực: từ ranh giới phía bắc của huyện Hương Sơn đến núi Động Chúa

và từ phía nam trũng Hương Khê đến Quảng Bình; độ cao trung bình 200 - 500

IĨ1, độ dốc thay đổi từ 5 đến 25° Vùng đồng bằng là m ột dải nhỏ hẹp, kéo dài từ Phượng Điền đến Hương Trạch, tạo thành trũng Hương Khê Đồng bằng này thực chất là bãi bồi của sông N gàn Sâu Ngoài ra, quanh thị trấn Hương Khê, trong phạm vi các x ã Sơn Giang, Sơn Ninh, Sơn Diệm , Sơn Phú là đồng bằng bồi tích của sông N gàn Phố

Q

Hình 1-5 Địa hình đồi ở Hương Sơn (ảnh Nguyễn Văn Vượng)

1.1.5 Thủy văn

Vùng nghiên cứu nằm trong lưu vực sông Ngàn Phô' và sông Ngàn Sâu thuộc hệ thống sông Cả Sông Ngàn Phô' bắt nguồn từ dãy núi Giăng Màn thuộc dãy Trường Sơn, ở độ cao khoảng 700m chảy gần như theo hướng Tây Đông, qua huyện Hương Sơn Sông Ngàn Sâu bắt nguồn từ vùng núi Vũ Quang (Quảng Bình) cao trên l.lOOm, chảy qua các huyện Hương Khê, Vũ Quang, Đức Thọ, hợp lưu với sông N gàn Phô' ở Tùng Ảnh rồi cùng đổ ra sông Cả tại Đức Quang

Hệ thống sông suối nhánh của hai sông này khá nhiều, tao thành m ạng lưới thuỷ văn dày, với m ật độ trung bình trên toàn lưu vực là 0,87 - 0,9 km /km 2 Nhánh lớn nhất là sông Ngàn Trươi, chảy hoàn toàn trong huyện Vũ Q uang, từ phía cực tây cho tới Yên Hội Sông Ngàn Sâu thuộc loại nhiều nước nhất trong hộ thống sông

Cả Tổng lượng nước bình quân nhiều năm tính tới cửa sông là 6,15 km 3, ứng với lưu lượng trung bình năm là 195 m 3/s Trên lưu vực sông Ngàn Sâu thường xẩy ra các trận lũ lớn, gây thiệt hại nặng nề về người và của M ùa lũ bắt đầu từ tháng IX, kết thúc tháng XI Lũ tiểu m ãn có thể xuất hiện vào tháng V Nước lũ lên nhanh, xuống nhanh M ô đun dòng chảy lớn nhất vượt quá 2000 1/s/km2

Hình 1-6 Sông Ngàn Sáu, đoạn qua Hương Khê (ảnh Đăng Mai)

Hình 1-7 Sông Ngàn Phố, đoạn chảy qua Hương Sơn (ảnh Đăng Mai)

D òng chảy tháng bình quân nhỏ nhất trên lưu vực sông Ngàn Sâu là 26-32 1/s/km2 Do ảnh hưởng của gió Lào nên tháng VII, VIII xuất hiện thời kỳ nước cạn nhất

1.2 Đ ặc đ iểm kinh t ế - xã hội

1.2.1 Dân cu và lao động

Dân số trong b a huyện Hương Sơn, Vũ Quang và Hương Khê, theo sô' liệu điểu tra năm 2004 là 269.430 người Trong đó, số nữ là 135.340 người, chiếm 50,23%, nam - 134.090 người chiếm 49,77% (bảng 1.2) M ật độ dân sô' trung bình 88 người / km 2, thấp hơn nhiều so với cả nước (231 người / km 2) Đông đúc nhất là huyện Hương Sơn, với m ật độ 116 người / km 2; thưa nhất là huyện Vũ Quang (52 người /km 2) Số lao động trong các cơ sở kinh tế trên địa bàn là 112.212 người, chiếm 41,65% dân số

Bảng 1-2 Kết cẩu dân số và lao động theo giới tính

Hoạt động y tế, chăm sóc sức khỏe cộng đồng cũng được tăng cường Ngòai các bệnh viện, trung tâm y tế huyện, 100% sô' xã đều có trạm y tế Tính đến năm 2004, trên địa bàn đã có 700 giường bệnh, 799 cán bộ y tế Trong đó , số lượng bác sĩ là 84 người, chiếm 0,03% dân số Tỷ số này xấp xỉ tỷ số ở các địa phương ven biển (bảng 1.3)

Bảng 1-3 Kết cấu giáo dục, y tế theo địa phương

Huyện

giườngbênh

Bác sĩMẫu

1.2.3 Kinh tế

Nông, lâm, ngu nghiệp

Diộn tích đất nông nghiệp trên địa bàn là 28.388 ha, chiếm 9,32% đất tự nhiên, trong đó đất giành cho cây lương thực là 21.490 ha, chiếm 75,70% Lúa là cây lương thực chủ yếu, ngoài ra còn ngô, khoai và sắn Cây công nghiệp hàng năm chủ yếu là lạc và mía Trong đó, diện tích trồng lạc là 5.899 ha, xấp xỉ 21% diện tích đất nông nghiệp; diện tích trồng m ía chỉ có 291 ha, chiếm hơn 1% đất nông nghiệp C ây công nghiệp lâu năm trong vùng chù yếu là chè búp, vói diên tích nhỏ (708 ha)

Bảng 1-4 Kết cáu cây trồng theo diện tích (ha)

Đất đai và điều kiện sinh thái trong khu vực thích hợp cho việc trồng cây

ăn quả như bưởi, cam, m ít Đ ặc biệt, bưởi Phúc Trạch (Hương Khê) là giống bưởi ngon nổi tiếng cả nước Chúng được trồng trong vườn tại các hộ gia đình và đem lại nguồn lợi lớn cho họ

Hình 1-8 Bưởi Phúc Trạch - Hương Khê (ảnh Phạm Thị Thu Thủy)

Ngành chăn nuôi cũng đóng vai trò quan trọng trong thu nhập của người dân Theo số liệu thống kê năm 2004, trên địa bàn ba huyện Hương Sơn, Vũ Quang, Hương Khê có 31.578 con trâu, 49.731 con bò, 91.465 con lợn và hơn

m ột triệu con gia cầm Đặc biệt, ở đây có nghề nuôi hươu hươu lấy nhung , một loại thuốc bổ cao cấp, nổi tiếng

Vùng này là nơi tập trung rừng của tỉnh Hà Tĩnh Trong toàn vùng có 135.460 ha rừng chiếm gần 57% đất rừng của cả tỉnh; độ che phủ trung bình đạt tới 44.47% D iện tích rừng trồng tập trung là 1.010 ha, rừng tự nhiên 134.450 ha Sản lượng gỗ khai thác năm 2004 là 22.734 m3 Hướng chủ yếu của ngành Lâm nghiệp H à Tĩnh là bảo vệ, cải tạo và tu bổ rừng tự nhiên để tăng vốn rừng, khai thác hợp lý gỗ và đặc sản từ rừng gắn với công nghiệp chế biến phục vụ xuất khẩu

Là khu vực m iền núi, ngành ngư nghiệp phát triển hạn chế Năm 2004, sản lượng thủy sản nuôi trồng đạt 855 tấn, sản lượng thủy sản khai thác 121 tấn.1.2.4 C ô n g n h iệp

Trong cơ cấu kinh tế, ngành công nghiệp chiếm tỷ lệ thấp Đến năm 2004, trên địa bàn chỉ có 2 cơ sở công nghiệp N hà nước với giá trị sản xuất công nghiệp

là 17.350 triệu đồng và 1.638 cơ sở tư nhân với giá trị sản xuất công nghiệp

38.663 triộu đồng.

Các ngành công nghiệp chủ yếu gồm: 1- Vật liệu xây dựng (xi măng, gạch, khai thác cát sỏ i ) 2 - Khai khoáng (than, thiếc) 3 - Công nghiệp chế biến nông, lâm sản (chế biến chè, mía đường, g ỗ )

1.2.5 D ịch vụ

M ặc dầu thuộc khu vực m iền núi nhưng m ạng lưới giao thông ở đây khá phát triển N goài hai trục giao thông chính là đường Hồ Chí M inh xuyên suốt chiều dài của tỉnh và quốc lộ 8 nối Quốc lộ 1A với cửa khẩu Cầu Treo, hầu hết các xã đểu có đường ô tô đến trung tâm Sông Ngàn Phố và Ngàn Sâu cũng là những tuyến đường thủy quan trọng

Hình 1-9 Khu du lịch sinh thái Nước Sốt - Hương Khê (ảnh Đăng Mai)

Về thương m ại, có m ặt hàng xuất khẩu lạc và đáng kể nhất là khu kinh tế cửa khẩu Cầu Treo (hương Sơn) Từ ngày thành lập (9/1998), khu này đã có những đóng góp to lớn vào nền kinh tế của H à Tĩnh Các trung tâm thương mại- khách sạn được đầu tư khá hiện đại đang thu hút hàng hoá và du khách trong, ngoài nước như trung tâm thương mại thị trấn Tây Sơn, trung tâm thương mại Phố Châu

Bên cạnh đó còn có các khu du lịch sinh thái đầy tiềm năng như: Khu du lịch sinh thái Nước Sốt với mỏ nước khoáng thiên nhiên đạt tiêu chuẩn quốc tế là

nơi du lịch dủỡng bệnh cho khách thập phương, khu bảo tồn thiên nhiên Vũ

Q uang làm cho vùng trở nên sôi động hơn bởi các hoạt động kinh doanh thương m ại, du lịch, dịch vụ đến từ hai m iền Nam - Bắc và các du khách quốc tế Với những tiềm năng, lợi thế trên cùng với định hướng phát triển du lịch đúng đắn, trong thời gian tới, ngành du lịch - dịch vụ ở đây sẽ có những bước phát triển đáng kể, góp phần quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh

H à Tĩnh

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u

Chương này trình bày các phương pháp nghiên cứu đã áp dụng bao gồm khảo sát thực đ ịa và phân tích trong phòng

HT.15ÒX fơng Khè»

Hình 2-1 Sơ đồ điểm khảo sát

2.1 K hảo sá t và lấy m ẫu hiện trường

Nội dung của công tác thực địa bao gồm:

1 Khảo sát các điều kiện tự nhiên ảnh hướng đến quá trình phong hóa, bao gồm đá m ẹ, địa hình, thảm thực v ậ t

2 N ghiên cứu các đặc điểm về cấu tạo, tính phân đới, bề dày VPH

3 Các hiện tượng trượt lở VPH ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRUNG TÁM ÍHŨNG tin ĨHƯ v iê n

0 0 0 6 0 0 0 0 0 9 ^

4 Lấy m ẫu địa chất, địa hóa

Lộ trình khảo sát tùy thuộc vào mức độ phức tạp của đá mẹ và địa hình, nhưng hướng chính là theo đường HCM và đường sô 8 Các điểm khảo sát, lấy mẫu được thực hiên tại các vách ta luy mới làm, ít khi là các điểm lộ tự nhiên Tại mỗi điểm khảo sát, lấy 2 loại m ẫu chủ yếu: mẫu địa hóa và mẫu địa kỹ thuật Số lượng m ẫu tùy thuộc vào cấu tạo của VPH, sao cho đảm bảo mỗi đới phong hóa lấy ít nhất m ột mẫu Q ua hai đợt thực địa, đã tiến hành khảo sát tại 21 điểm lộ và lấy 56 m ẫu địa hóa - địa kỹ thuật

M ẫu địa hóa lấy theo phương pháp điểm, đựng trong túi bóng kính; trọng lượng 2 - 3kg M ẫu địa kỹ thuật được lấy tuân thủ theo tiêu chuẩn ASTM- D I 587 Lấy bằng ống m ẫu nguyên dạng đường kính 91m m , độ dài mẫu 20-30cm Mẫu được lấy bằng phương pháp đóng hoặc ép Sau khi lấy, tất cả các m ẫu được gắn farafin hoặc bịt bằng nắp nhựa bọc nilon, dán nhãn có ghi đầy đủ thông tin cần thiết và được bảo quản trong bóng râm ở nhiột độ 20°c

2.2 T h í ngh iệm , phản tích mẫu trong phòng

Các mẫu địa hóa - địa kỹ thuật được tiến hành phân tích theo các phương pháp sau:

- Phân tích thạch học: xác định kiến trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật của sản phẩm phong hóa; thực hiện tại Phòng thí nghiệm Quang học Tinh thể - K hoa Đ ịa chất - Đại học Khoa học Tự Nhiên

- Phân tích hóa: xác định hàm lượng các oxit tạo đá trong sản phẩm phong hóa: S i0 2, A120 3, FeO, Fe20 3, MnO, MgO, CaO, K20 , Na20 , p20 5, Z r0 2,

Z n O thực hiện tại V iện Kỹ thuật Hình sự Bộ Công An

- Nhiễu xạ rơnghen: Xác định thành phần và hàm lượng khoáng vật, đặc biệt

là khoáng vật sét trong sản phẩm phong hóa; thực hiện tại Trung tâm Thí nghiệm Đ ịa chất

- Thí nghiệm thành phần hạt (bao gồm phương pháp rây và pipet), theo tiêu chuẩn TC V N 4198:1995

- Thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên, theo tiêu chuẩn TCVN 4196:1995

- T hí nghiệm xác định giới hạn Atterberg, theo tiêu chuẩn ASTM-D4318

- T hí nghiệm xác định dung trọng tự nhiên, theo tiêu chuẩn TCVN 4202:1995

- T hí nghiệm xác định sức kháng cắt của đất, theo TCVN - 4200-95

1 e

2.3 X ử lý k ết quả phân tích

Cồng tác xử lý kết quả phân tích được tiến hành nhằm các mục đích sau:

• - X ác định các kiểu VPH

- Xác định hàm lượng khoáng vật trong m ẫu VPH

- Xác định khối lượng vật chất mang vào và m ang ra trong quá trình phong hóa các đá

- Xác định các tính chất cơ lý và độ ổn định của nền đất VPH

2.3.1 X ác đ ịn h k iểu V P H và các đăc trư n g ch ủ yếu

Thành phần định lượng của khoáng vật trong SPPH được xác định theo [], theo đó, hàm lượng khoáng vật trong SPPH bằng nghiệm của hệ phương trình tuyến tính:

A x = B

với:

- X là vectơ ẩn số

- A là m a trận hệ số: % oxit trong khoáng vật X

- D là vectơ tự do (hàm lượng các oxit trong SPPH)

Kiểu VPH được xác định bằng phương pháp biểu đồ tam giác Lucasev kết hợp với phương pháp hệ số Theo phương pháp này, trước hết cần xác định lượng

S i0 2 liên kết trong khoáng vật sét bằng cách loại trừ lượng thạch anh tính theo phương trình trên M ối quan hệ định lượng giữa ba hợp phần chủ yếu là S i0 2, A120 , và Fe20 3 sẽ quyết định kiểu VPH là gì Cụ thể, SPPH sẽ là:

- Sialit: S i0 2lk/ (A120 3+ 0,64 Fe20 3) > 1,2

- Ferosialit: 0,64 < S i0 2lk/ (A120 3+ 0,64 Fe20 3) < 1,2

- Feralit: S i0 2lk/ (A120 3 + 0,64 Fe20 3) < 0,6

Đ ộng học hành vi của các nguyên tố trong quá trình phong hóa được nghiên cứu theo phương pháp hợp phần trơ A120 3 Các bước tính toán như sau:

- Quy hàm lượng các oxit tạo đá theo tổng 100%

- Xác định hệ số chuyển đổi theo nhôm: bằng tỷ số của hàm lượng A120 3 trong đá tươi và trong VPH

- Quy hàm lượng các hợp phần khác theo hệ sổ chuyển đổi

1 Q

- Tính khối lượng m ang vào, mang ra cho các hợp phần

2.3.2 Đánh giá khả năng trượt lở của nền đất VPH

Với m ục đích nghiên cứu hiện tượng trượt lở thì ngoài các chỉ tiêu vật lý thông thường, cần phải xác định các chỉ tiêu về độ bển của đất mà cụ thể là góc

ma sát trong (cp) và lực dính (c) Hai chỉ số này được xác định trong phòng thí nghiệm bằng m áy cắt phẳng theo sơ đồ cắt cô' kết không thoát nước (CƯ) Trong phương pháp này, m ẫu thí nghiệm trước tiên được cố kết trong điều kiện ứng suất đẳng hướng là hằng sô' và thoát nước hoàn toàn, sau đó tăng tải trọng dọc trục và không cho thoát nước Giai đoạn cố kết ban đầu đất chuyển tới trạng thái thể tích

và áp lực nước lỗ rỗng đã quy định từ đó có thể đo đạc được chính xác sự thay đổi thể tích và áp lực nước lỗ rỗng Với từng cấp áp lực tải trọng thẳng đứng (ơ) trong thí nghiệm cắt cho phép xác định được áp lực cắt (x) của đất thông qua sô' đọc của đồng hồ đo biến dạng và hệ số biến đổi Với tối thiểu ba cấp tải trọng đứng và áp lực cắt, cắt phẳng theo sơ đồ này cho phép tính được lực dính hiệu quả (c1) và góc

ma sát trong hiệu quả (<p') theo phương trình:

T = ơ'.tg(p' + c'Phương trình này được thể hiện dưới dạng đồ thị theo hình 2.2 Nếu các thông số độ bền chống cắt được đánh giá thì chúng phải được coi là Ccu và cpcu Các cấp áp lực thường được sử dụng là 50 KPa, 100 KPa và 200 KPa

T (XO*;)ị

Hình 2-2 Đồ thị xác định các thông số sức chống cát của đất

2.3.3 Sử dụng phần mềm GEO- SLOPE đánh giá ổn định mái dóc

H iện có rất nhiều phần mềm được sử dụng để tính toán độ ổn định cùa mái dốc song cho đến thời điểm hiện nay phần mềm GEO- SLOPE cùa Canada là hay

Phương pháp nghiên cứu sử dụng: dùng phương pháp phân mảnh của W.Bishop (trạng thái cân bằng giới hạn) để tính toán ổn định mái dốc Phương pháp này tính toán đom giản, sai số nhỏ, kết quả phù hợp với điều kiện thực tế.

Phương p h á p p h â n mảnh Bishop đơn giản: X ét mái đất AB Giả sử mặt

trượt là cung tròn BC tâm o bán kính r Chia lăng thể đất ABC (mái đất ABC) ra

n mảnh tùy ý bằng những m ặt cắt thẳng đứng (hình 2.4)

Hình 2-4 Sơ dồ tính toán theo phương pháp phản mảnh cùa Bishop

Xét m ột m ảnh i bất kỳ Các lực tác dụng lên phân tố này gồm : trọng lượng mảnh g i , tổng các lực tiếp tuyến Ti, tổng các lực pháp tuyến Ni, và tổng các lực thủy động Uị (áp lực nước lỗ rỗng) trên phương pháp tuyến với đáy mảnh, tổng các lực tương tác giữa các m ảnh thứ i với i-1 và i+1 là E|_1 và Ei+1 Nếu tính cho tất

cả n m ảnh thì thì có tất cả đến 5n-2 ẩn số Giải bài toán như vây là rất phức tạp Người ta đi đến m ột cách làm đơn giản hóa Chấp nhận định nghĩa hệ sô' an toàn (hay ổn định quy ước) là:

Fs = M ô m en giữ (đối với tâm trượt 0 )/M ô men đẩy (đối với tâm trượt O).Bishop giả thiết là tổng hợp lực bằng 0 trên phương nằm ngang Khi đó, để tìm được Nj, phải chiếu các lực lên phương thẳng đứng:

_ » : - V , - ( ị y i x / g a ,

N ,= c s t t Ị n V y ' * ]

F

Tương tự như trên, lấy m ôm en của các lực giữ và lực đẩy đối với tâm o ta

có biểu thức của hệ số ổn định (cũng là gần đúng vì không đủ các điều kiện cân bằng tĩnh học) là:

v ề m ặt lí thuyết, F s > 1 là m ái dốc ổn định, F s = 1 là ở giới hạn an toàn và

Fs < 1 thì m ái dốc m ất ổn định Nhưng trong thực tế, nhà nghiên cứu phải thiết kế sao cho m ái dốc có hệ số an toàn Fs lớn hơn 1.5 là đạt yêu cầu Những công trình quy m ô vừa phải, người ta có thể lấy Fs > 1,2 Công trình càng lớn, hệ số an toàn càng phải cao

Từ các số liệu thực địa thu thập đươc về mái dốc (độ dốc, chiều cao) và các

số liệu về tính chất cơ lý thu được qua thí nghiệm trong phòng (c, (p), tác giả đã

sử dụng m odun Slope/W trong phần mềm Geoslope theo phương pháp Bishop đơn giản tính toán hệ số ổn định Fs, so sánh với hệ sô' ổn định cho phép để kết luận về tính ổn định của sườn dốc

7 ì

Chương 3 CẤU TẠO VÀ THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA

ĐẤT - VỎ PHONG HÓA

Đ ất được xem như m ột bộ phận của VPH vì thực chất, đất là sản phẩm biến đổi cuối cùng của VPH trong điều kiện có tác dụng của rễ thực vật Do vậy, trong chương này, đất sẽ được xem như một đới phong hoá

Cấu tạo và thành phần vật chất VPH phụ thuộc trước hết vào khí hậu và vào các yếu tố như thành phần đá mẹ, địa hình V V Nhưng trong một phạm vi nhỏ hẹp, khí hậu gần như đồng nhất thì đá mẹ đóng vai trò quyết định Vì vậy, dưới đây sẽ trình bày các đặc điểm đó của VPH theo thành phần đá mẹ tạo vỏ.Dựa vào thành phần hóa học, khoáng vật và hệ số địa hóa, VPH trong phạm vi nghiên cứu được xếp vào hai kiểu: VPH sialíerit hình thành trên đá granit và V PH íerosialit trên đá trầm tích lục nguyên

3.1 V ỏ phong hoá sialferit trên đá granit

VPH này lộ ra khá rõ nét trên các taluy đường HCM, từ Phố Châu (Hương Sơn) đi Thanh Chương (Nghệ An) và dọc đường 8 lên cửa khẩu Cầu Treo Mặt cắt điển hình VPH quan sát được tại ba điểm lộ HT.05, HT.06 và HT.07

74

Mặt cắt HT.05 Taluy đường Hồ Chí Minh; thôn 17, xã Sơn Trung, Hương Sơn,

Hà Tĩnh; độ che phủ khoảng 70%, gồm cây bụi, rừng thông; sườn dốc 20°

Cấu tạo m ặt cắt từ trên xuống gồm các đới như sau

0- 0,5m: đất m àu vàng nâu, nâu phớt lục chứa sạn sỏi, rễ cây, bở rời Dưới kính hiển vi phân cực, thành phần của đất gồm các khoáng vật sét, xerixit, hydroxit sắt, vật chất hữu cơ Thành phần khoáng vật của các hạt sạn bao gồm thạch anh, íenspat và m ảnh đá (hình 3.2) Kết quả phân tích thành phán cơ giới cho thấy thành phần lim ong xấp xỉ 45%, phần sét 25% Như vậy, đất thuộc loại thịt trung bình

Hình 3-2 Đất trên VPH đá granit, mẩu HT.05/1, nicol+

Hình 3-3 Sản phẩm phong hoá sét trên đá granit, mẫu HT.05/2, nỉcol+

0,5 - 3m: sản phẩm phong hóa của granit; màu vàng, vàng nâu; cấu tạo khối, dập vỡ K ết quả soi lát mỏng cho thấy thành phần khoáng vật bao gồm fenspat kali, plagiocla, thạch anh, biotit và muscovit Trong đó íenspat kali chiếm

tỷ lệ lớn nhất, dạng tha hình, m éo mó, lồi lõm, bị pelit hóa Plagiocla dạng tấm bán tự hình, rìa tương đối bằng phẳng, bị cacbonat hóa và xerixit hóa mạnh Thạch anh dạng hạt tha hình, m éo mó, lồi lõm Biotit dạng tấm, vảy, màu nâu, đa sắc rõ, bị phong hóa giải phóng sắt, tạo màu nâu đỏ (hình 3.3)

Hình 3-4 Sản phẩm phong hoá saprolit trên đá granit, mẫu IỈT 05/3, nicol+

> 3m: đá granit chưa phong hóa, màu trắng xám, trắng đục, kiến trúc pegm atit - pectit Dưới kính hiển vi phân cực, thành phần khoáng vật bao gồm fenspat kali 40% , plagiocla 27% , thạch anh 25%, biotit 8% và muscovit (ít) Thấy

rõ hiện tượng biotit bị clorit hóa (hình 3.4)

Như vậy, ở m ặt cắt này VPH gồm 3 đới là thổ nhưỡng, saprolit và đá mẹ tương ứng với 3 độ sâu nêu trên Tại đây quan sát rõ sự chuyển tiếp dần từ đá mẹ granit thành VPH Trong toàn bộ tầng dày của vỏ, trừ phần trên cùng chịu tác động trực tiếp của rễ cây tạo thành thổ nhưỡng, còn thì biểu hiện rõ cấu tạo ban đầu của đá mẹ

Mặt cắt HT.07 Taluy đường Hổ Chí Minh; xã Sơn Niệm, Hương Sơn, Hà Tĩnh;

thảm thực dày, nhiều loại cây khác nhau như cây lâu năm, cây bụi, trảng cỏ; sườn dốc

25".

Cấu tạo m ặt m ắt gồm ba đới, từ trên xuống như sau

0-0,6m: thổ nhưỡng - đất màu vàng, nâu xỉn, phớt lục, bở rời, sờ ráp tay, lẫn nhiều sạn thạch anh, mùn và rễ cây Dưới kính hiển vi phân cực, thành phần khoáng vật của hạt sạn gồm íenspat kali, plagiocla 29% , thạch anh 30%, biotit 4%, muscovit 15%, lim onit 2% , khoáng vật sét 20% (hình 3.5) Trên giản đồ rơn ghen chụp cho phần sét, có sự xuất hiện của m ontm orilonit (ít), hydrom ica 21%, kaolinit 43%, clortit (ít), thạch anh 15%, íenspat 17% (hình 3.6) Kết quả phân tích thành phần cơ giới cho thấy đây là loại đất thịt trung bình với tỷ lệ limong là

77

29,74% và sết - 25,43%

Hình 3-5 SPPH đất trên đá granit, mẫu IIT 07/1, Nicol+

Hình 3-6 Giản đồ rơnghen mẫu sét trong VPH trẽn đá granit

Hình 3-7 Giản dồ rơnghen mẫu sét litoma trong VPH trên đá granit

0,6 - 6 ,lm : litom a - sét, sét bột mịn lẫn sạn sỏi, màu vàng, đỏ nâu chuyển lớp từ từ Thành phần sạn sỏi gồm thạch anh 25%, íenspat 20% , muscovit 22%, thành phần sét và hydroxit sắt khoảng 33% Các hạt sạn có kích thước 1- 2 mm, góc cạnh , m ài tròn và chọn lọc kém, là sản phẩm phong hóa tại chỗ của granit Fenspat đã bị kaolinit hóa, nhưng vẫn thấy rõ dạng nguyên sinh M uscovit chiếm

số lượng tương đối lớn, dạng tấm xếp chồng chéo lên nhau xen kẽ với khoáng vật sét và hạt vụn khác (hìnhl-3.7) Khoáng vật màu đã bị phong hóa hoàn toàn Kết quả phân tích rơnghen cho thấy trong sản phẩm phong hóa này còn có

m ontm orilonit 3%, hydrom ica 15%, kaolinit 62% , clorit (ít), thạch anh 7%,

íenspat và gơtit (hình 3.8)

Hình 3-8 SPPH sét trên đá granit, mẫu HT.07/2

> 6 ,lm : saprolit - đá granit bán phong hóa, dập vờ, màu trắng đục phớt vàng, nhiều vảy m ica màu đen; gắn kết yếu Dưới kính hiển vi phân cực, thành phần khoáng vật của đá bao gồm íenspat kali 44%, plagiocla 20%, thạch anh 26%, biotit 9% , hydrom ica 1% và m ột lượng rất ít các khoáng vật apatit, ziacon Fenspat kali là thành phần tạo đá chính dạng tấm lớn (1 - l,5m m ) bị nứt nẻ nhiều, không màu Plagiocla dạng lăng trụ kéo dài, bán tự hình, kích thước bé hơn íenspat kali, bị xêrixit hóa mạnh Thạch anh dạng hạt tha hình, m éo mó lồi lõm nằm dọc theo ranh giới hoặc trong khoảng trống của fenspat Biotit dạng tấm bán

tự hình, m àu nâu, nâu đỏ, tập trung thành những ổ, đám xen kẽ với khoáng vật khác, bị clorit hóa, hydrom ica hóa, giải phóng sắt tạo limonit phân bố dọc theo mặt cát khai (hình 3.9)

Hình 3-9 Saprolit trên đá granit, mẫu HT07/3, Nicol+

Thành phần hóa học của sản phẩm phong hóa được đặc trưng bằng sự ưu trội của ba nguyên tố silic, nhôm và sắt, trong các nguyên tô' kiềm, kiềm thổ thì kali có hàm lượng cao nhất, còn các thành phần khác chiếm tỷ lệ không đáng kể (bảng 3.1) Sở đ ĩ như vậy là vì các khoáng vật chứa kali (ortocla, muscovit) tương đối khó phong hóa, m ặt khác so với Na, Ca và M g thì K là nguyên tố dễ bị híp phụ, giữ lại trong vỏ phong hóa và có khả năng tạo các khoáng vật phong hóa ổn định

Bảng 3-1 Thành phần hóa học định lượng (%) của VPH trén đá granit - măt cát HT.07