Bài viết đưa ra cách xác định độ sâu mặt trượt thông qua đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý của đất theo chiều sâu trong thân khối trượt (lấy ví dụ cho khối trượt trung tâm thị trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang).
Trang 1XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU MẶT TRƯỢT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT
TRONG THÂN KHỐI TRƯỢT
NGUYỄN QUỐC THÀNH * , VY THỊ HỒNG LIÊN, NGUYỄN TRUNG KIÊN, TRẦN VĂN PHONG
Determining the depth of landslide surface by assessing the variation of some phisico-mechanical parameters of soils in the landslide mass
Abstract: Determining the depth of landslide surface is an principal
problem of landslide study projects for the purpose of predicting the stability of landslide mass For this, there are some methods putting in the practice The paper presents results of determining the depth of landslide surface by assessing the variation of some phisico -mechanical parameters of soils in the landslide mass In compari son with some other, the results are considered acceptable
MỞ ĐẦU *
Việc xác định độ sâu của mặt trượt là một trong
các nhiệm vụ chính trong nghiên cứu chi tiết độ
nguy hiểm trượt và đưa ra các giải pháp phòng
chống trượt Đã có rất nhiều phương pháp xác định
độ sâu mặt trượt được sử dụng trong thực tế Bài
báo đưa ra cách xác định độ sâu mặt trượt thông
qua đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý của đất
theo chiều sâu trong thân khối trượt (lấy ví dụ
cho khối trượt trung tâm thị trấn Cốc Pài, huyện
Xín Mần, tỉnh Hà Giang)
1 Các phương pháp xác định mặt trượt
Mặt trượt là bề mặt mà ở đó các khối đất đá
trượt tách ra và dịch chuyển xuống dưới thấp
Mặt trượt là dấu hiệu để nhận biết hiện tượng
trượt (hình 1) Mặt trượt thực tế là một đới phá
hủy của đất đá trong lòng mái dốc
Có nhiều cách để xác định mặt trượt hiện nay
đang sử dụng:
* Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam
Tác giả liên hệ: thanhnqdc55@gmail.com
Hình 1: Cấu trúc kh i tr ợt (theo D.J VARNES 1978)
Xác định mặt trượt bằng phần mềm
Geoslope:
Phần mềm GEO-SLOPE là phần mềm phổ biến dùng để tính ổn định cho khối trượt Phần mềm dùng các phương pháp khác nhau trong kiểm toán trượt: Bishop, Janbu, Ordinary để xác định hệ số ổn định trượt F,
từ đấy chỉ ra mặt trượt nguy hiểm Việc sử dụng phần mềm này để tìm mặt trượt yêu cầu phải có công cụ, số liệu đầu vào và kỹ năng
Trang 2ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018
26
sử dụng phần mềm thành thạo, vì vậy tốn
nhiều thời gian và kinh phí
Xác định mặt trượt qua công tác khoan
khảo sát ĐCCT trên thân khối trượt:
Tiến hành khoan khảo sát ĐCCT trên thân
của khối trượt và lấy mẫu liên tục để xác định
chỉ tiêu cơ lý đất đá đồng thời đánh giá mức độ
phá hoại của mẫu, tìm ra độ sâu mà ở đó đất đá
bị phá hủy mạnh Đây chính là mặt trượt của
khối trượt
Xác định mặt trượt bằng thiết bị đo dịch
chuyển ngang inclometer
Thiết bị đo dịch chuyển ngang inclometer
dùng để đo tốc độ dịch chuyển của đất đá tại các
độ sâu khác nhau bằng cách quan trắc độ
nghiêng tại các đoạn của một ống vách được lắp
đặt trong một hố khoan đặt trong thân của khối
trượt Đáy của ống vách được đặt vào độ sâu ổn
định, nằm dưới mặt trượt Khi dịch chuyển trượt
xuất hiện, khối đất bên trên của mặt trượt sẽ
dịch trượt theo mái dốc gây ra biến dạng ống
vách, làm thay đổi độ nghiêng của ống vách với
các mức độ khác nhau Cho tới nay, việc xác
định độ sâu mặt trượt bằng inclometer có tính
chính xác cao nhất tuy nhược điểm của phương
pháp này là cần nhiều thời gian để lắp đặt thiết
bị và thu thập số liệu, giá thành của máy móc
đắt đỏ
èng v¸ch tr-íc khi tr-ît
èng v¸ch sau khi tr-ît MÆt tr-ît
Hình 2: Tương tác gữa ống vách đo chuyển vị ngang và dịch trượt dưới nền đất
2 Xác định độ sâu mặt trượt bằng phương pháp đánh giá sự biến đổi của chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu (ví dụ xác định độ sâu mặt trượt cho khối trượt Trung tâm thị trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang)
Khối trượt Trung Tâm nằm trong khu dân cư thị trấn Cốc Pài, bên cạnh UBND huyện Xín Mần Đỉnh của khối trượt nằm trên taluy đường giao thông liên xã phía trên của đài tưởng niệm liệt sĩ huyện Xín Mần Khu vực đài tưởng niệm liệt sĩ là trung tâm của khối trượt Đây là một khối trượt kích thước lớn, kích thước: dài 500m, rộng khoảng 250m và cao 100m, dịch chuyển mạnh vào mùa mưa Hiện tượng trượt xảy ra trong lớp vỏ phong hóa sườn - tàn tích Địa hình dốc thoải khoảng 150
- 250
Hình 3: Mặt bằng khu vực kh i tr ợt Trung tâm
Trang 3Công tác khảo sát địa chất công trình xác
định được 5 lớp đất:
Lớp1: Lớp đất lấp Phân bố trên cùng, có bề
dày nhỏ và biến đổi từ 0- 3,8m Thành phần đất
lấp là sét pha lẫn dăm sạn, mảnh vụn, phế thải,
mùn thực vật v.v… không có ý nghĩa xây dựng
Lớp 2: Lớp sét pha xám ghi, xám vàng nửa
cứng đến cứng Đây là sản phẩm phong phóa
hoàn toàn từ đá phiến xericit-clorit Lớp này
phân bố ở hầu hết các hố khoan Đất chủ yếu có
màu xám ghi, xám vàng, hoặc xám xanh, trên bề
mặt thường có ánh mica, cấu tạo vi lớp rõ đến
không rõ Có mẫu chứa ít sạn, có mẫu không
sạn, đôi khi gặp ổ ôxít sắt màu đen
Lớp 3: Lớp sét pha lẫn dăm sạn trạng thái
cứng màu xám ghi, xám vàng phong hóa từ đá
phiến Sericit-clorit Lớp này phân bố ở tất cả
các hố khoan, nằm dưới lớp 1 và lớp 2 Đất màu xám ghi, xám vàng có khi xám xanh, mặt có ánh mica, cấu tạo vi lớp Đất là sét pha chứa nhiều bụi, có tính trương nở ít, tan rã nhanh Các đặc trưng về thành phần hạt và chỉ tiêu vật lý biến đổi không nhiều Đất tuy khá chặt, trạng thái từ nửa cứng đến cứng, nhưng sức chống cắt thấp Lớp 4: Đá phiến sericit-clorit phong hóa nứt
nẻ dập vỡ mạnh, xám ghi, xám đen (đới đá phong hóa trung bình)
Lớp 5: Đá phiến sericit-clorit phong hóa nứt
nẻ trung bình, màu xám ghi, xám sáng (đới đá phong hóa nhẹ)
Vào mùa mưa, trên thân khối trượt quan sát thấy nước chảy từ miệng hố khoan khảo sát số 3 (HK3)
Hình 4: Mặt cắt ĐCCT qua các h khoan HK1, HK2,HK4 và HK3
Mặt trượt là đới phá hủy của đất đá trong
thân khối trượt, ở đây độ bền của đất có sự
thay đổi rõ rệt, chỉ tiêu cơ học của đất đá là
lực dính kết của đất C, góc ma sát trong suy
giảm, độ ẩm W tăng cao do sự có mặt của nước Thiết lập biểu đồ sự biến đổi của các chỉ tiêu trên theo độ sâu, cho phép xác định được đới phá hủy trong khối đất và đó chính là mặt
Trang 4ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018
28
trượt Thiết lập sự biến đổi theo chiều sâu của
độ ẩm W (%), lực dính kết C, góc ma sát trong
tại hố khoan HK2, HK5, HK4 và HK3 ngay
trên thân khối trượt cho kết quả khá rõ sự hình
thành mặt yếu tạo nên mặt trượt (hình 5, 6,7
và 8) Ở đây, kết cấu của đất đã bị phá hoại;
có sự lưu thong của nước làm độ ẩm gia tăng đáng kể, trong khi lực dính kết C và góc ma sát trong lại giảm về giá trị gần như nhỏ nhất
Hình 5 Biểu đồ sự biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và
c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 2
Hố khoan 2 và hố khoan 5 nằm cùng cao độ
và cách nhau 100m, thiết lập sự biến đổi theo
chiều sâu của độ ẩm W (%); lực dính kết C; góc
ma sát trong cho kết quả khá tương đồng
Hình 6 Biểu đồ biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 5
Trên hình 5a độ ẩm đạt giá trị lớn nhất là 35% ở
độ sâu khoảng 8m, hình 5b góc ma sát trong đạt giá
trị nhỏ nhất ở độ sâu 9-11m; trong hình 5c lực dính
kết đạt giá trị nhỏ nhất ở độ sâu trong khoảng 9 -
11m và đới này có thể coi là mặt trượt Chỉ tiêu độ
ẩm tăng cao trong đới xung yếu có thể giải thích
được vai trò quan trọng của nước ngầm trong quá trình hình thành và phát triển trượt ở đây Tương tự như vậy, trên các hình 7 và hình 8 dưới đây, dựa vào giá trị lớn nhất của W, nhỏ nhất của góc ma sát trong và lực dính kết, có thể xác định được vị trí mặt trượt tại HK4 là từ 8-11m và tại HK3 là 5m
a)
Trang 5ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 29
Hình 7 Biểu đồ biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và
c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 4
Hình 8 Biểu đồ biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và
c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 3
Như vậy, có thể xác định được vị trí mặt
trượt thông qua sự biến đổi tính chất cơ lý
của đất đá trong suốt chiều sâu hố khoan Ở
đây, mặt trượt được xác định nhờ nối các
điểm mà mặt trượt đi qua Chiều sâu của
mặt trượt trong HK2 là 9- 11m, HK5 là 8-
11m, HK4 là 8- 11m và HK3 là 5m Khi đã
xác định được độ sâu của mặt trượt cho
phép đề xuất sơ đồ kiểm toán và chọn được các biện pháp công trình để giảm ứng suất cắt, hoặc tăng sức chống cắt hoặc tác động đồng thời
3 Kiểm tra kết quả xác định độ sâu mặt trượt bằng các phương pháp khác
Kiểm tra lại việc xác định độ sâu mặt trượt bằng phần mềm Geo slope
a qu ot
e fro
m th
e do cu m en
t
or th
e su m m ar
y
Trang 6ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018
30
HK 4
HK 3
HK 2
HK 1
Lop 1 Lop 2
Lop 3
Lop 4
Lop 5
Khoang cach (m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
415
420
425
430
435
440
445
450
455
460
465
470
475
480
485
490
495
500
505
510
Hình 9 Mặt cắt dùng để kiểm toán kh i tr ợt
Kết quả tính cho thấy, ở điều kiện khô tự
nhiên khối trượt ổn định với hệ số an toàn Fs
thay đổi từ 1,412 (Ordinary) và 1,414 (Janbu)
tới 1,549 (Bishop) Độ sâu của mặt trượt tại HK2 là 11m, HK4 là 11m và HK3 là 5m
Kiểm tra lại việc xác định độ sâu mặt trượt bằng thiết bị đo chuyển vị ngang
Trục A: Hướng dịch chuyển trượt Trục B: Hướng vuông góc dịch chuyển trượt
Hình 10 Đồ thị dịch chuyển lũy tích h khoan quan trắc kh i tr ợt Trung tâm
Trang 7Từ đồ thị đo chuyển chuyển vị ngang trên
đây, có thể nhận ra độ sâu của đới phá hủy ở
khoảng 8- 12m
Như vậy, kết quả xác định độ sâu mặt trượt
theo Geo slope và theo thiết bị đo chuyển vị
ngang tương tự với kết quả của việc xác định độ
sâu mặt trượt bằng đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu
cơ lý của đất theo chiều sâu Theo Geoslope độ
sâu mặt trượt tại HK2 là 11m, HK4 là 11m và
HK3 là 5m; theo thiết bị inclometer độ sâu mặt
trượt là 8- 12m; còn theo đánh giá sự biến đổi
chỉ tiêu cơ lý theo chiều sâu tại HK2 là 9- 11m,
HK5 là 8- 11m, HK4 là 8- 11m và HK3 là 5m
Việc sử dụng phương pháp đánh giá sự biến đổi
chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu để xác định độ
sâu mặt trượt là khả thi
KẾT LUẬN
1 Xác định độ sâu mặt trượt là cần thiết
trong nghiên cứu tai biến trượt lở ở tỷ lệ lớn và
chi tiết
2 Việc xác định độ sâu mặt trượt bằng
phương pháp đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý
đất theo chiều sâu trong thân khối trượt là khả
thi và có kết quả tương đối chính xác Kết quả
tính đã được kiểm tra độ chính xác bằng các
phương pháp xác định độ sâu mặt trượt phổ biến
hiện nay
3 So với các phương pháp khác, xác định
độ sâu mặt trượt bằng phương pháp đánh giá
sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu có
ưu điểm là đơn giản, nhanh gọn, thuận tiện cho việc đánh giá sơ bộ độ nguy hiểm của khối trượt
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Geologie inginereasca (1981), NXB kỹ thuật Bucaret
2 Trần Trọng Huệ và nnk (2010), Nghiên
cứu đánh giá và dự báo chi tiết hiện t ợng
tr ợt - lở và xây dựng các giải pháp phòng
ch ng cho thị trấn C c Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang - mã số KC.08/06-10, Đề tài
độc lập cấp nhà nước
3 Nguyễn Quốc Thành và nnk (2005), Tính
chất chu kỳ của hiện t ợng dịch chuyển các
kh i đất đá ở một s nơi thuộc miền núi Bắc Bộ,
Đề tài cấp Viện Địa chất-VKH & CN Việt Nam
4 Nguyễn Quốc Thành và nnk (2008),
Nghiên cứu xây dựng hệ th ng quan trắc cảnh báo tr ợt đất ở các vùng tr ng điểm (khu vực thành ph Hoà Bình), Đề tài cấp VKHCN
Việt Nam
5 LEE W.ABRAMSON, THOMAS S LEE (2002), Slope Stability and Stabilization Methods, John Wiley & Sons, Inc-New York
Ng i phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƯỜNG