Nghiên cứu đánh giá và dự báo hiện tượng trượt đất ở lào cai trên quốc lộ 70, đoạn từ cầu bản phiệt tới cầu hồ kiều, đề xuấtcác giải pháp phòng chống

Do đó, hiện tượng trượt luôn kèm theo sự cải biến địa hình khu vực, cấu trúc địa chất ở đó và cho thấy rằng đất đá trên sườn dốc đQ bị mất ổn định do ảnh hưởng của một số nguyên nhân nào

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất

-

lưu Tuấn Hùng

Nghiên cứu đánh giá và dự báo hiện tượng trượt đất

ở Lào cai trên quốc lộ 70, đoạn từ Cầu Bản phiệt tới cầu Hồ kiều, đề xuất các giải pháp phòng chống

chuyên ngành: địa chất công trình

luận văn thạc sĩ địa chất

Người Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Nguyễn Huy phương

hà nội – 2006

LêI CAM §OAN

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc KÕt qu¶ cuèi cïng chưa ®ưîc c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c.

Hµ Néi, ngµy 09 th¸ng 12 n¨m 2006

T¸c gi¶ luËn vĂn

Lưu TuÊn Hïng

Mục lục

Trang

Chương 1 - Tổng quan nghiên cứu hiện tượng trượt đất

1.2 Vai trò của hiện tượng trượt đến sự ổn định chung của khu

1.3 Lịch sử nghiên cứu hiện tượng trượt trên thế giới và ở Việt

2.8 Các biện pháp chống trượt 45

Chương 3 - Khái quát điều kiện địa lý tự nhiên, xI hội

3.1 Các yếu tố địa lý tự nhiên

3.2 Các yếu tố xQ hội, nhân sinh

46

86 Chương 4 - Hiện tượng trượt đất trên quốc lộ 70, đoạn

từ cầu Bản phiệt tới cầu Hồ kiều thuộc địa phận tỉnh

Chương 5 - Dùng phần mềm Geo-slope phiên bản V.14 kiểm

toán, đánh giá độ ổn định sườn dốc để dự báo nguy

cơ trượt đất trong vùng, đề xuất các biện pháp

5.1 Giới thiệu chung về phần mềm Geoslope và tính năng tiên

tiến của nó khi phân tích ổn định của sườn dốc, mái dốc 98 5.2 Đánh giá độ ổn định của tuyến với phần mềm Geoslope

Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t

t gi©y, phót, giê Thêi gian

γWbh g/cm3 Khèi l−îng thÓ tÝch bQo hßa

Bảng 3.10 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đoạn tuyến 9 từ Km195+348

Bảng 3.14 Kết quả phân tích rơnghen thành phần khoáng vật

Bảng 4.1 Sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý đất phong hóa khi độ ẩm thay đổi

Bảng 5.1 Giá trị hệ số ổn định của các mặt cắt ngang ĐCCT, đất đá ở trạng thái tự nhiên

Bảng 5.2 Giá trị hệ số ổn định của các mặt cắt ngang ĐCCT, đất đá ở trạng thái bQo hòa

Danh mục các hình vẽ, ảnh

Hình 1.1 Các dạng di chuyển của khối đất đá

Hình 2.1 Các thuật ngữ mô tả trượt ( Vanrnes, 1978)

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác động bên trong sườn dốc

Hình 2.3 Đường lưu biến của đất đá có tính biến dạng dẻo nhớt

Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát động lực phát triển quá trình trượt ( theo Lomtađze V.Đ) Hình 2.5 Sơ đồ kiểm toán ví dụ của khối trượt có mặt trượt nằm nghiêng

Hình 2.6 Sơ đồ kiểm toán ví dụ của một khối trượt có mặt trượt nghiêng không đồng nhất ( bậc thang phẳng)

Hình 2.7 Sơ đồ kiểm toán đại lượng áp lực thuỷ động tác dụng lên khối trượt (theo G.N Fixenko)

Hình 2.8 Sơ đồ kiểm toán ổn định của khối trượt có xét tới lực địa chấn

Hình 5.16 Kiểm toán ổn định đoạn 7, mặt cắt dọc 1-1, đất đá ở trạng thái tự nhiên Hình 5.17 Kiểm toán ổn định đoạn 10, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái tự

nhiên

Hình 5.18 Kiểm toán ổn định đoạn 2, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.19 Kiểm toán ổn định đoạn 2, mặt cắt ngang 2-2, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.20 Kiểm toán ổn định đoạn 3, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.21 Kiểm toán ổn định đoạn 3, mặt cắt dọc 2-2, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.22 Kiểm toán ổn định đoạn 4, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.23 Kiểm toán ổn định đoạn 4, mặt cắt ngang 2-2, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.24 Kiểm toán ổn định đoạn 4, mặt cắt ngang 3-3, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.25 Kiểm toán ổn định đoạn 4, mặt cắt ngang 4-4, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.26 Kiểm toán ổn định đoạn 4, mặt cắt ngang 5-5, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.27 Kiểm toán ổn định đoạn 4, mặt cắt ngang 6-6, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.28 Kiểm toán ổn định đoạn 5, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.29 Kiểm toán ổn định đoạn 5, mặt cắt ngang 2-2, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.30 Kiểm toán ổn định đoạn 5, mặt cắt ngang 3-3, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.31 Kiểm toán ổn định đoạn 6, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.32 Kiểm toán ổn định đoạn 6, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.33 Kiểm toán ổn định đoạn 7, mặt cắt dọc 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa Hình 5.34 Kiểm toán ổn định đoạn 10, mặt cắt ngang 1-1, đất đá ở trạng thái bQo hòa

Hình 5.35 Thiết kế xử lý trượt đất tại km 194+555

ảnh 1.1 Khối trượt Vajont quan sát từ trên thượng nguồn (ảnh từ giáo sư E Bromhead, Trường đại học Kingston - Hoa kỳ)

ảnh 4.1 Khối trượt 1( Km 194+400 - Km 194+650)

ảnh 5.1 Thi công tường chắn cọc khoan nhồi tại Km 194+400 - Km 194+650

ảnh 5.2 Lát mái ta luy âm tại km194+500

Mở đầu

Tính cấp thiết của đề tài

Trượt đất là một tai biến gây thiệt hại vô cùng to lớn về người và của, là hiện tượng phổ biến trên nhiều lQnh thổ của thế giới Hậu quả của quá trình trượt đất là làm biến dạng, phá hoại cảnh quan, sinh thái, thậm chí gây thiệt hại đến sinh mạng con người

Tỉnh Lào Cai nằm ở vùng núi cao Tây Bắc Việt Nam Với địa hình núi cao hiểm trở, tác động của điều kiện tự nhiên cũng như hoạt động kinh tế của con người

đQ tạo ra và thúc đẩy hiện tượng trượt xảy ra mạnh mẽ Trên quốc lộ 70, khi mở rộng, nâng cấp đoạn từ cầu Bản Phiệt tới cầu Hồ Kiều ( từ Km 188+0.0 đến Km 197+226) thuộc địa phận tỉnh Lào Cai, hiện tượng trượt đất trở nên mạnh mẽ và thường xuyên, gây ảnh hưởng lớn đến khai thác, sử dụng con đường và cảnh quan, sinh thái vùng ĐQ có một số nghiên cứu về hiện tượng này tại đây, tuy nhiên hầu hết chỉ nghiên cứu và đưa ra giải pháp khắc phục tình thế khi sự cố trượt lớn xảy ra mà chưa có tính tổng quan, lâu dài cho toàn khu vực Việc nghiên cứu hiện tượng này

một cách tổng quan cho phép đánh giá và dự báo hiện tượng trượt đất trên toàn tuyến, đề xuất các giải pháp phòng chống và giảm thiểu tác động xấu của nó đến công trình, môi trường, cảnh quan và sinh mạng của cư dân trong vùng

Mục đích nghiên cứu

- Làm sáng tỏ cơ chế hình thành và phát triển của quá trình trượt đất trong vùng nghiên cứu

- Đánh giá độ ổn định của sườn dốc và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trượt

- Đề xuất các biện pháp phòng và chống tai biến trượt đất

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: quá trình trượt đất

- Phạm vi: quốc lộ 70, đoạn từ cầu Bản Phiệt tới cầu Hồ Kiều ( từ Km 188+0.0

đến Km 197+226) thuộc địa phận tỉnh Lào Cai với chiều dài hơn 11 km

Nội dung nghiên cứu

- Hiện trạng trượt đất trên quốc lộ 70, đoạn từ Cầu Bản Phiệt tới cầu Hồ Kiều thuộc địa phận tỉnh Lào Cai

- Phân tích hiện tượng trượt đất: cơ chế trượt, nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng

- Đánh giá độ ổn định của sườn dốc trên tuyến nghiên cứu, qua đó đề xuất các giải pháp phòng chống

Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra thực trạng và quy mô của hiện tượng trượt đất trong vùng bằng cách

sử dụng tổng hợp các phương pháp khác nhau: đo vẽ, khảo sát địa chất công trình, phân tích các mẫu đất đá thu thập được

- Dùng mô hình toán và phần mềm ứng dụng Geo-slope phiên bản V.14 của Canada để kiểm toán, đánh giá độ ổn định sườn dốc để dự báo nguy cơ trượt đất trong vùng, đề xuất các biện pháp phòng chống

ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Lời cảm ơn

Luận văn được hoàn thành tại bộ môn Địa chất công trình, trường đại học Mỏ

Địa chất dưới sự hướng dẫn khoa học của thày giáo PGS.TS Nguyễn Huy Phương Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả đQ nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của các thày cô trong bộ môn Địa chất công trình - khoa Địa chất - Trường

đại học Mỏ Địa chất, bạn bè, đồng nghiệp, các phòng thí nghiệm Cơ lý đất, phòng

Địa chất - Công ty Tư vấn thiết kế Cầu đường - Tổng công ty Tư vấn thiết kế Giao thông vận tải, Viện khoa học và công nghệ Giao thông vận tải, Viện Địa chất - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, phòng Đại học và sau Đại học, khoa Địa chất và các cấp lQnh đạo của trường đại học Mỏ Địa chất

Nhân dịp này, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thày giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Phương, các thày cô, các nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp và gia đình đQ giúp đỡ và động viên tác giả hoàn thành bản luận văn này

Do thời gian ngắn, đề tài nghiên cứu tương đối phức tạp, bản luận văn khó tránh khỏi những khiếm khuyết Tác giả rất mong nhận được các nhận xét và góp ý

để hoàn thiện hơn đề tài nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn

Chương 1 - Tổng quan nghiên cứu hiện tượng trượt đất trên thế giới và ở Việt nam

1.1 Khái niệm chung về hiện tượng trượt đất

Thuật ngữ “ trượt đất” từ lâu đQ được sử dụng chỉ sự chuyển động của đất đá

bề mặt, hoặc gần bề mặt trái đất hướng về phía chân sườn dốc, về phía đáy của thung lũng và bờ biển Các chuyển động tương tự xảy ra dưới bề mặt biển, tạo ra trượt đất dưới đáy đại dương Thuật ngữ “trượt đất” cũng dùng cho hiện tượng khối đất đá dịch chuyển

Khối trượt là khối đất đá đQ, hoặc đang trườn về phía dưới sườn dốc ( sườn tự nhiên), mái dốc (sườn nhân tạo ) do ảnh hưởng của trọng lực, áp lực thủy động, lực

địa chấn và một số lực khác Sự hình thành một khối trượt là kết quả của quá trình

địa chất - được biểu hiện ở sự dịch chuyển thẳng đứng và dịch chuyển ngang những khối đất đá khi đQ mất ổn định

Hiện tượng trượt phá hủy sườn dốc và mái dốc ( gọi chung là sườn dốc), cải biến hình dạng của chúng, tạo nên địa hình độc đáo Ngoài ra, các dịch chuyển trượt cũng tạo nên những dạng cấu trúc bên trong khá đặc biệt của những khối trượt Sự dịch chuyển đất đá trong quá trình trượt thường xảy ra theo một hoặc, một vài mặt trượt Các mặt trượt đó là yếu tố kiến trúc đặc trưng và không thể thiếu được đối với mỗi khối trượt Do đó, hiện tượng trượt luôn kèm theo sự cải biến địa hình khu vực, cấu trúc địa chất ở đó và cho thấy rằng đất đá trên sườn dốc đQ bị mất ổn định do

ảnh hưởng của một số nguyên nhân nào đó [6]

Sự di chuyển của khối đất đá có thể xảy ra do phá hoại cắt dọc theo một mặt ở bên trong khối, hay do ứng suất hiệu quả giữa các hạt giảm tạo nên sự hóa lỏng một phần hay toàn bộ [14] Nhiều dạng di chuyển ( phá hoại ) khác nhau đQ được quan sát, có 3 dạng di chuyển chính sau:

- Sụt lở: Đất đá di chuyển thẳng đứng khi rơi tự do rời xa khỏi chỗ gián đoạn:

các thớ nứt, khe nứt, mặt phẳng phân lớp dốc, mặt đứt gQy, Chúng thường xảy ra

rất nhanh và bao gồm các đất đá của các vách đá dốc đứng và mỏm đá ( hình 1.1.a)

- Trượt: ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo động khi trượt

dọc theo một mặt trượt xác định Về kết cấu, có hai dạng trượt có thể phân biệt:

a Trượt tịnh tiến: Đặc trưng dạng trượt này là sự di chuyển tuyến tính của khối

đất đá trên bề mặt khá bằng phẳng Bề mặt trượt dạng này là một mặt gián đoạn trước đó như một mặt đất đá yếu, hay mặt khe nứt đQ hình thành từ trước Khối trượt chuyển động và đi song song với bề mặt nứt tách này ( hình 1.1.b)

b Trượt xoay: đặc trưng dạng trượt này là sự chuyển động dọc theo bề mặt cong bằng cách là khối trượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc và đẩy trồi ở phần chân dốc ( hình 1.1.c)

- Trượt dòng: Đây là một dạng của trượt được phân biệt bởi sự vận động rất hỗn loạn của các vật liệu nằm trong khối vật liệu di chuyển Những vật liệu trượt, đặc biệt là cát, bột, sét có khuynh hướng linh động tựa như một loại vật liệu lỏng, dính

sệt Cấu trúc sẵn có trong các vật liệu trượt bị biến dạng dáng kể và hình dạng của mặt đất ban đầu bị biến đổi hoàn toàn ( hình 1.1.c) Phổ biến của dạng trượt này là lũ

Hình 1.1 Các dạng di chuyển của khối đất đá

Nhiều quá trình trượt biểu hiện bằng những đặc điểm gắn liền với hai, hay nhiều loại trượt nêu trên Những đặc điểm đó ảnh hưởng đến những nét khác biệt trong diễn biến trượt vào những thời gian khác nhau, trong sự phát triển của chúng, hoặc trong những phần khác nhau của khối vật liệu di chuyển

Trượt rất đa dạng về kích thước ( quy mô ), về loại dịch chuyển đất đá, nguyên nhân phá vỡ cân bằng của nó, động lực phát triển của quá trình và những dấu hiệu khác Những vụ trượt đất lớn nhất có thể di chuyển hành trăm nghìn m3 đất đá Chúng có khả năng phá huỷ những kiến trúc lớn và các công trình quy mô của con người, làm biến dạng hẳn cảnh quan, hệ thống đường sá, hệ thống dẫn nước Ngược lại, đối với kiểu trượt đất nhỏ nhất có thể chỉ tác động đến những diện nhỏ vài chục

m2, bản thân chúng chỉ có khả năng làm hư hại một kiến trúc riêng lẻ; nhưng nếu

nhiều vụ trượt đất xảy ra gần nhau chúng cũng có thể gây nguy hại ở quy mô lớn

1.2 Vai trò của hiện tượng trượt đến sự ổn định chung của khu vực và

công trình

Hiện tượng trượt được coi là một hiện tượng địa chất khủng khiếp, nhất là khi phát triển với quy mô lớn Tại những khu vực phổ biến, hoặc có nhiều khả năng phát sinh hiện tượng trượt, việc xây dựng và khai thác công trình là một vấn đề phức tạp Trong từng khu vực, trượt làm biến đổi hẳn địa hình mặt đất, huỷ diệt nhiều hoa lợi trên đó, làm mất ổn định, thậm chí phá huỷ hoàn toàn công trình, nhà cửa, đường sá,

hệ thống công trình , gây thiệt hại lớn về người và của cải

Trượt đất là một trong những loại tai biến diễn ra phổ biến gây thiệt hại nhất trên toàn thế giới Một số thí dụ điển hình về hiện tượng trượt được đưa ra sau đây:

- Ngày 9 tháng 10 năm 1963 tại Italia, trong thung lũng sông Piave, gần đập vòm Vayont cao 265.5m, xây dựng xong năm 1960 đQ xảy ra một tai họa Tại bờ trái thung lũng dạng hẻm vực, phía thượng lưu, đQ phát sinh một khối trượt lớn với khối lượng 240 triệu m3 Trong khoảng thời gian 15-30 giây, lòng hồ chứa trên một đoạn dài 2km đQ bị đất đá trượt xuống lấp đày và dâng cao 175m trên mực nước hồ Tốc

độ dịch chuyển của khối trượt từ 15 đến 30m/s Trượt đQ gây ra nhiều chấn động lớn

mà ngay cả ở áo và Bỉ cũng ghi nhận được Trong khi đất đá dịch chuyển, xuất hiện sóng không khí, kèm theo đá đổ và sóng trong nước hồ ( dậng cao 260m trên mực nước phía bờ phải) Những đợt sóng nối tiếp theo trườn qua đập và đạt tới chiều cao 100m phía trên đỉnh của đập ở phía hạ lưu, trong một khu vực rất xa, tất cả đều bị huỷ diệt Các thành phố Lonjerone, Pirago, Villanova, Rivalt và Fae đQ bị cuốn trôi với gần 3000 người chết Tuy nhiên, đập không bị phá huỷ và vẫn còn tồn tại đến ngày nay Nguyên nhân của trượt là điều kiện địa chất bất lợi trong khu vực hồ chứa nước

Thung lũng sông Piave bị phân cắt sâu dạng hẻm vực, được cấu tạo bởi tập đá vôi phân lớp dày Jura giữa và đá vôi, đá macnơ phân lớp mỏng xen nhiều lớp kẹp sét Jura trên và Kreta dưới Toàn bộ thành tạo trầm tích trên năm dưới lớp phủ mỏng trầm tích Đệ tứ Đá vôi bị biến vị mạnh, có hướng cắm dốc về phía lòng sông, lại bị

nhiều hệ thống khe nứt chia cắt Trong các tập đá vôi tồn tại nhiều đới vụn nát và đới giảm yếu Ngoài ra, bờ hẻm vực rất dốc cũng tạo điều kiện phát sinh trọng lực lớn

Sự nâng cao ( nhân tạo ) và hạ thấp định kỳ mực nước trong lòng hồ, sự giảm bền của đất đá khi bị tẩm ướt cũng có ảnh hưởng nhất định đến sự dịch chuyển các khối

đất đá đang ở trong trạng thái cân bằng giới hạn ( những dịch chuyển chậm chạp của

đất đá quan sát được rất lâu trước khi xảy ra thảm họa) [6]

ảnh 1.1 Khối trượt Vajont quan sát từ trên thượng nguồn (ảnh từ giáo sư E

Bromhead, Trường đại học Kingston - Hoa kỳ)

- Khoảng 10 giờ Moxkva ngày 24 tháng 4 năm 1964, ở chỗ hợp lưu sông Zeravsan và sông Fandaria đQ phát sinh khối trượt từ bờ trái thung lũng Khối lượng khối trượt khoảng 20 triệu m3 Trượt chắn ngang thung lũng trên đoạn dài 630m, chiến diện tích 435000m2, có dạng hình elip và tạo nên đập cao 150m Thân trượt

được cấu tạo từ thành tạo sét - cát nguồn gốc eluvi, deluvi Nguyên nhân phát sinh trượt là: sự phá huỷ độ ổn định của các sản phẩm phong hoá ở trên sườn dốc do bị tẩm ướt; cắt xén chân sườn dốc tới độ cao 14-20m khi thi công đường ô tô và sau cùng là lực chấn động với cường độ cấp 4 đQ ghi nhận được ngày 24 tháng 4 năm

1964 ở Xamarkand [6]

- Ngày 5 tháng 11 năm 1972, một khối trượt lớn xảy ra trên bờ trái thung lũng sông Rixeula ở gần làng Kidixubani ( thuộc tây Gruzia) Khối lượng thân trượt 30

triệu m3 Đất đá trượt xuống lấp đầy đoạn sông dài 350 - 400m và tạo nên một hồ chứa nước Sau những trận mưa kéo dài, trượt đQ phát sinh trong thành tạo sét - sét pha nguồn gốc eluvi - deluvi, chứa nhiều mảnh vụn cát kết Mioxen và đá vôi Kreta Nguyên nhân trượt là do sự tẩm ướt của nhiều thành tạo bở rời eluvi - deluvi phủ trên sườn quá dốc [6]

Trượt gây tổn thất rất lớn trên thế giới: ở một số nước, chúng làm cho hàng ngàn người thiệt mạng, còn ở các nước khác, tuy ít gây chết chóc hơn nhưng lại làm hư hại đủ loại công trình

Mối đe dọa đối với nhân mạng được minh chứng bằng 3 thảm họa trượt đất trước đây: 1) Tại Trung Quốc, một trận động đất năm 1920 gây ra trượt đất ở tỉnh Kansu làm chết 200000 người; 2) ở Peru, một trận động đất trong năm 1970 làm đổ

lở đất, làm chết 18 000 người: 3) Năm 1963 tại đông bắc Italia, một khối trượt di chuyển nhanh đổ xuống thung lũng sông Piave, gần đập vòm Vayont làm chết gần

3000 người

Trượt đe dọa sự ổn định các công trình: Người ta ước tính rằng trượt đất xảy ra

ở Hoa Kỳ trong năm 1970 làm thiệt hại 1 tỷ đô la hàng năm về nhà cửa và 1 tỷ đô la hàng năm cho hệ thống đường cao tốc liên bang ( Schuster, 1978)

Các báo cáo đánh giá mức độ nghiêm trọng của tai biến trượt đất được dựa trên các tổn thất đQ xảy ra và nguy cơ xảy ra tổn thất trong tương lai, đQ cho rằng trượt

đất sẽ chiếm phần đáng kể trong thiệt hại chung của quốc gia do các loại thảm họa gây ra, nhiều hơn bất cứ loại nào mà ta từng biết Jahns ( 1978) phát hiện rằng tổn thất do trượt ( và sụt lún mặt đất ) ở Hoa Kỳ trong giai đoạn 1925 - 1975 cao gấp 4 lần so với các thảm họa khác như lũ lụt, gió bQo và động đất trong cùng một thời gian [5]

1.3 Lịch sử nghiên cứu hiện tượng trượt trên thế giới và ở Việt Nam

Mức độ nguy hại của hiện tượng trượt không chỉ ở hậu quả của nó gây ra, mà cả ở sự phân bố rộng rQi của nó, hầu như có ở khắp nơi Hoạt động xây dựng và kinh

tế của con người cần phải dựa trên sự hiểu biết các định luật, quy luật phát triển các quá trình địa chất nói chung, nói riêng là quá trình trượt, thì kết quả các hoạt động

đó mới đạt được như mong muốn và tránh được những tổn thất (thậm chí là thảm họa) có thể xảy ra [6]

Trên thế giới, hiện tượng trượt đQ được nghiên cứu từ những năm năm mươi của thế kỷ hai mươi Bên cạnh các tổ chức địa chất, công tác nghiên cứu trượt đang

được nhiều cơ quan chuyên môn, trạm trượt tiến hành Các tổ chức này thường triển khai việc nghiên cứu trượt một cách tổng hợp, quan trắc lâu dài các biến dạng trượt

và đề xuất ra nhiều phương pháp, biện pháp chống trượt ở Liên Xô cũ ( nay là Liên Bang Nga), nhiều hội nghị khoa học về trượt toàn Liên Bang đQ được tổ chức Hội

Địa chất công trình quốc tế cũng có nhóm chuyên trách việc tổng hợp, thông báo cho nhau giữa những chuyên gia các nước về các vấn đề lý luận, thực tiễn nghiên cứu quá trình trượt [6]

Bản kê thư mục những tài liệu chuyên đề đề cập đến việc mô tả trượt, kết quả nghiên cứu và biện pháp chống trượt đQ lên tới hàng nghìn tên gọi Những công trình lớn nghiên cứu trượt cần phải nhắc tới các công trình của N.N.Maxlov ( 1955), K.Zaruba, V.Mentxl ( năm 1960), I.X.Rogozin cùng những người khác ( các năm 1961,1962,1965), G.L Fixenko ( 1965), B.M Koxtomarov ( năm 1967), E.P.Emenlianova ( các năm 1956, 1971,1972), G.I.Ter -Xtepanian ( năm 1972), A.M Denin ( năm 1973) cũng như các tài liệu của các hội nghị về vấn đề nghiên cứu trượt và các biện pháp chống trượt họp ở Xtavropol ( năm 1960), ở Kiev ( năm

1964, [6]

Tại các nước khác, trượt đất được coi như là một tai biến địa chất Việc nghiên cứu trượt được tiến hành trong chương trình chung nghiên cứu tai biến địa chất, bao gồm các loại hình tai biến như động đất, núi lửa, giông bQo, trượt đất, phá huỷ đường

bờ Tại Nhật Bản, việc nghiên cứu các tai biến nói chung phải kể đến việc hình thành

và phát triển các cơ quan nghiên cứu như: Viện hàn lâm Nhật Bản ( 1879), Đại học

tổng hợp Tokyo (1886), Viện nghiên cứu động đất đại học tổng hợp Tokyo ( 1925), Viện nghiên cứu phòng chống thiên tai đại học tổng hợp Tokyo (1951) Viện nghiên

cứu động đất đại học tổng hợp Tokyo và Viện nghiên cứu phòng chống thiên tai đại học tổng hợp Tokyo là hai Viện nghiên cứu mang tính chất hàn lâm ở Nhật Bản, ban

đầu chỉ tập trung nghiên cứu hai loại tai biến chính là động đất và núi lửa, sau này nghiên cứu hầu hết các dạng tai biến khác, trong đó có trượt đất Dần đần, mức độ nghiên cứu được phát triển rộng khắp trong các cơ quan chính phủ cũng như địa phương

Trên phạm vi toàn cầu, các vấn đề nghiên cứu tai biến thiên nhiên nói chung và tai biến địa chất nói riêng cũng đQ được quan tâm đầu tư nghiên cứu từ rất sớm và thực sự phát triển từ những năm 60 trở lại đây Sự quan tâm không chỉ bởi các tổ chức chính phủ mà còn có sự đóng góp của các tổ chức phi chính phủ Một sự đóng góp đáng kể là sự quan tâm của các nước phát triển đối với các vấn đề tai biến thiên nhiên và tài trợ cho các nước đang phát triển như Khối cộng đồng chung châu Âu (EC), Văn phòng trợ giúp phát triển quốc tế australia ( AIDAB), Văn phòng trợ giúp thiên tai nước ngoài của Hoa Kỳ (OFDA's US), các tổ chức quốc tế thuộc Tổ chức Liên hiệp quốc như Tổ chức giáo dục, khoa học và văn hóa ( UNESCO), Chương trình phát triển Liên hiệp quốc ( UNDP), Tổ chức cứu trợ giảm nhẹ thiên tai Liên hiệp quốc (UNDRO)

Tại Việt Nam, nghiên cứu tai biến địa chất nói chung và nghiên cứu hiện tượng trượt một phần nào đó gắn liền với lịch sử công tác điều tra địa chất Trong khi

điều tra địa chất, chúng ta mới chỉ tập trung giải quyết các vấn đề cơ bản của địa chất như lập các bản đồ địa chất và tìm kiếm khoáng sản, việc điều tra tai biến địa chất như quan trắc, đo đạc, phân tích, đánh giá các yếu tố tác động và ảnh hưởng của các tai biến địa chất đối với công trình và hoạt động kinh tế của con người còn chưa

được quan tâm

Trước thực trạng gia tăng của thiên tai và các tai biến địa chất mà Việt Nam hầu như luôn bị bất ngờ và chưa thực sự chuẩn bị và ứng phó, từ những năm 90 của thế kỷ 20, việc quan tâm nghiên cứu tai biến địa chất đQ và đang được triển khai ở

một số cơ quan, trường đại học, Viện nghiên cứu Các hiện tượng trượt lở, lũ quét xảy ra tại các vùng núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên, dọc đường Hồ Chí Minh,

nơi các hiện tượng này trở nên phổ biến và gây ra thiệt hại lớn về nhân mạng, tài sản, các công trình xây dựng, đQ và đang được hợp tác nghiên cứu, đánh giá và đưa ra cảnh báo và các biện pháp phòng chống hữu hiệu

Chương 2 - Phân tích lý thuyết hiện tượng trượt đất

2.1 Những đặc điểm hình thái của trượt đất

Mỗi khối trượt đều tạo nên một khu trượt mà ranh giới, hình dạng của nó ở trên mặt bằng được quyết định bởi kích thước và kiểu trượt Những khối đất đá đQ bị dịch

chuyển tạo thành thân trượt Bề mặt hạ thấp hơn trong khu vực là đới sụt, bề mặt

được nâng lên là đới tích tụ Bề mặt mà ở đó các khối đất đá trượt tách ra và dịch

chuyển gọi là mặt trượt Trượt có thể có một hoặc nhiều mặt trượt Hình dạng mặt trượt trong đất đá đồng nhất thông thường là lõm, gần đều giống cong tròn hình trụ Trong đất đá không đồng nhất, mặt trượt được quyết định bởi vị trí, sự định hướng của các mặt, đới yếu tồn tại trong tầng đất đá cấu tạo nên sườn dốc Hình dạng mặt trượt trong đất đá không đồng nhất có thể có dạng lõm, gần với cung tròn hình trụ, thường hay gặp là dạng phẳng, kết hợp bậc thang - phẳng, dạng lượn sóng hay dạng bất kỳ, do sự kết hợp và định hướng không thuận lợi của các hệ thống khe nứt và ranh giới phân chia khác ( phân lớp, phân phiến ) ở trong đất đá cấu trúc nên sườn dốc [6]

Nơi mặt trượt xuất lộ ở chân sườn dốc gọi là chân trượt, còn ở phần trên của sườn được gọi là đỉnh trượt Chỗ mặt trượt lộ ra ngoài ở bên phải, bên trái trục của khối trượt gọi là bờ trượt

Trước khi phát sinh trượt, thường xuất hiện nhiều khe nứt phân bố khác nhau trong khu vực và cả trong thân trượt, phụ thuộc hoàn toàn có quy luật vào ứng suất phát triển trong đất đá ở phần trên của sườn dốc, gần đỉnh trượt hình thành khe nứt tách: dốc và định hướng vòng cung, hoặc kéo dài theo phương của sườn Bề mặt nứt tách lộ ra ở phần trên của trượt ( mặt treo của khe nứt tạo nên thềm chính) gọi là vách trượt [6]

Đặc điểm hình thái của khối trượt được minh họa ở hình 2.1

đỉnh trượt

vết nứt dịch chuyển

ΣT: tổng của thành phần trọng lực P có khuynh hướng gây ra sự dịch chuyển

đất đá xuống dưới thấp;

ΣN: tổng của thành phần trọng lực P có khuynh hướng giữ chặt khối đất đá ở trạng thái cân bằng;

f: hệ số ma sát trong của đất đá ở mặt, hoặc đới giảm yếu I-I;

C: lực dính của đất đá trên mặt trượt, hoặc đới giảm yếu I-I;

L: chiều dài của mặt trượt đQ có, hoặc dự đoán I-I

chân của bề mặt nứt tách

vết nứt tỏa tia

I

Mặt yếu ( hay đới yếu)

Hình 2.2 Sơ đồ lực tác động bên trong sườn dốc

Việc đánh giá độ ổn định của khối đất đá trên sườn dốc thông thường được biểu thị thông qua hệ số ổn định (η) Hệ số này là một biểu thức của mức độ ổn định ( theo tính toán) của một khối đất đá có khả năng bị trượt

Tổng các lực chống trượt f ΣN + CL Tổng các lực gây trượt ΣT Khi hệ số ổn định η lớn hơn 1 thì khối đất đá ở trạng thái ổn định, khi hệ số ổn

định η bằng 1 thì ở trạng thái cân bằng giới hạn, còn khi nhỏ η hơn 1 thì trượt có thể xảy ra

Từ phương trình (2.2) và sơ đồ trình bày ở hình 2.2 cho thấy: trong bất kỳ sườn dốc nào cũng có lực cắt tác dụng Tuy nhiên, để hiện tượng trượt phát sinh cần có những nguyên nhân nhất định trong việc phá huỷ trạng thái cân bằng của đất đá, biến tác động của lực cắt thành hiện thực Các nguyên nhân phát sinh trượt thường rất phức tạp, có thể một nguyên nhân riêng biệt nào đó là tác động chính, tuy nhiên thông thường hiện tượng trượt xảy ra là do tác động đồng thời của nhiều nguyên nhân Khi đQ có hiện tượng trượt này phát triển thì không tránh khỏi hiện tượng khác phát sinh, phát triển [6] Các nguyên nhân thành tạo trượt thường là:

2.2.1 Sự biến đổi trạng thái vật lý của đất đá khi tẩm ướt, trương nở, giảm

độ chặt, phong hóa cũng như liên quan đến quá trình phát triển các hiện tượng từ biến làm giảm độ bền của đất đá

Trạng thái vật lý của đất đá, nhất là đất đá loại sét ( có khuynh hướng dễ bị trượt ở trên sườn dốc, mái dốc) bị biến đổi khi chúng bị tẩm ướt bởi nước mưa, nước

mặt trong mùa mưa, mùa tuyết tan và bởi nước dưới đất Sự tẩm ướt đất đá trước hết làm tăng khối lượng, như vậy sẽ làm tăng tác động của trọng lực lên đất đá đó

Khối lượng của một đơn vị thể tích của đất đá sau khi đQ bị tẩm ướt đến bQo hòa hoàn toàn sẽ bằng tổng khối lượng một đơn vị thể tích khô và khối lượng nước lấp đầy các lỗ rỗng theo công thức:

1+e trong đó ϒ: khối lượng thể tích của đất đá;

ϒk: khối lượng thể tích khô của đất đá;

ϒn: khối lượng riêng của nước;

và biểu hiện càng mạnh mẽ khi đất đá càng kém ổn định đối với nước (dễ tan rQ và

có tính tương nở cao) Sự trương nở và tan rQ của đất đá làm giảm yếu hơn nữa các mối liên kết ở trong đất đá, chuyển nhanh vào độ sét không ổn định và giảm đột ngột

độ bền – sức chống cắt của chúng

Sự thành tạo trượt thường có liên quan đến không phải chỉ mức độ tẩm ướt – với lượng ẩm thâm nhập vào đất đá, cũng không phải với mức độ chứa nước của nó,

mà liên quan chính đến yếu tố tẩm ướt Nhiều trường hợp thậm chí sự tẩm ướt không

đáng kể, mà chỉ là hiện tượng bôi trơn ở đới yếu trong đất đá đQ làm giảm đột ngột sức chống cắt của chúng và trở thành nguyên nhân làm mất ổn định Như vậy, cần

ϒ = ϒk +

(2.3)

phải xem xét yếu tố bôi trơn đất đá như là một trong nhiều dạng ảnh hưởng của nước dưới đất đối với sự thành tạo trượt [6]

Các quá trình phong hóa đất đá có sự ảnh hưởng rất lớn đến sự biến đổi trạng thái vật lý của đất đá trên sườn dốc Tính chất của đất đá bị biến đổi tùy theo mức độ phong hóa của đất đá Khi bị phong hóa, đá cứng biến thành đá nửa cứng và nếu tiếp tục bị phá huỷ, thì thành đất rời xốp, hoặc đất sét mềm dính Sự tẩm ướt, phơi khô

đất đá lặp lại nhiều lần do ảnh hưởng của ứng suất khô ngót làm cho đất đá khô nẻ, vụn rời, làm biến đổi trạng thái và tính chất của đất đá [10] Sự giảm độ bền của đá nửa cứng và đất loại sét theo thời gian có thể tới 70% so với độ bền tức thời quy ước ( cắt nhanh) và 10-50% so với độ bền tiêu chuẩn ( cắt chậm)

Như vậy, nguyên nhân quan trọng nhất trong sự hình thành trượt là sự giảm độ bền của đất đá do sự biến đổi trạng thái vật lý của chúng của nhiều điều kiện khác nhau và tác động lâu dài của tải trọng ngoài

2.2.2 Tác động của áp lực thủy tĩnh và thủy dộng lên đất đá

áp lực thủy tĩnh và thủy dộng có sự ảnh hưởng đến sự biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá trên sườn đốc Bản thân các lực đó gây nên biến dạng thấm ở trong

đất đá Chúng có vai trò không đồng nhất và hay thay đổi, nhưng có lúc ở một số khu trượt, chúng có thể trở nên rất lớn

Khi đất đá nằm bên dưới mực nước mặt và nước dưới đất, các hạt khoáng chịu tác động đẩy nổi của nước, do đó khối lượng của chúng giảm đi tương ứng Trong thời kỳ lũ, mực nước sông dâng lên đột ngột và ngập tràn phần dưới của sườn dốc,

đất đá ở đấy sẽ nằm trong trạng thái đẩy nổi Đất đá ở trạng thái đẩy nổi làm giảm ứng suất pháp có hiệu ở tại mặt mềm yếu nào đó, sức chống cắt của đất đá ở bộ phận trên sườn dốc hoặc mái dốc đó sẽ giảm xuống và có thể phát sinh sự mất ổn định, làm trượt xuất hiện

áp lực thủy động có vai trò lớn trong sự phát sinh trượt trên sườn dốc áp lực thủy động hướng theo phương dòng thấm và có giá trị càng lớn khi độ thầm nước của đất càng bé Vào thời gian lũ, mực nước sông dâng cao đột ngột và ngập tràn phía dưới của sườn dốc, trong đất đá thấm nước, đặc biệt là đất đá thấm nước yếu, sẽ

phát sinh ra áp lực thuỷ động Tổng lực gây trượt ngoài thành phần trong lực T còn

được bổ sung thêm đại lượng áp lực thuỷ động Dtđ, hệ số ổn định của sườn dốc giảm

ảnh hưởng của xói ngầm Nước có áp trong chân sườn dốc thường đẩy trồi và làm

đất đá hoá lỏng Dưới ảnh hưởng của hiện tượng thấm đó, các khối đất đá trong phần dưới của sườn dốc mất điểm tựa và bắt đầu dịch chuyển [6]

Tóm lại, tác động của áp lực thủy động lên đất đá cấu tạo nên sườn dốc làm phát sinh nhiều hiện tượng thấm, nhiều biến dạng và hậu quả cuối cùng là sự thành tạo trượt

2.2.3 Biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc

Đất đá trong điều kiện thế nằm tự nhiên thường ở trong trạng thái ứng suất nào

đó cân bằng với các lực bên trong của đất đá Nhưng nếu có sự thay đổi các điều kiện của môi trường xung quanh, thì ứng suất trong đất đá sẽ giảm xuống và bị phân tán Giải thoát ứng suất trong đá cứng và một phần đá nửa cứng dẫn tới sự mở rộng khe nứt và làm xuất hiện những khe nứt thoát tải mới – dQn nở đàn hồi Những khe nứt thoát tải phát triển gần song song với mặt sườn dốc và tạo ra nhiều mặt và đới yếu Nhìn chung, khe nứt thoát tải luôn luôn định hướng bất lợi đối với sự ổn định của sườn dốc và cũng chính vì thế mà chính theo những khe nứt thoát tải đó thường xảy ra sự dịch chuyển đất đá và hình thành sườn dốc bậc thang, trượt kiến trúc và đổ

đá

Trong vài loại đá nửa cứng và nhiều đất đá loại sét, sự giảm độ chặt dưới tác dụng của lực đàn hồi cũng thường kèm theo hiện tượng hiđrat hoá và trương nở

Những biến đổi trạng thái vật lý như vậy ở chân sườn dốc, tức là ở phần tựa của nó,

có tác dụng làm giảm độ bền của đất đá và cuối cùng làm làm giảm độ ổn định của

sườn dốc Sự biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá trong đới hình thành sườn dốc

và đới xây dựng mái dốc là nguyên nhân làm xuất hiện khe nứt ( đường nứt vỡ ) trên mặt đất dọc theo hoặc song song với mép sườn dốc và phát sinh trượt [6]

2.2.4 Tăng cao độ dốc của sườn dốc khi bị xói lở, cắt xén, khai đào hoặc khi thi công mái quá dốc

Khi các điều kiện khác như nhau, độ dốc quá lớn của sườn hay mái dốc là một trong những nguyên nhân cơ bản trong sự phá hủy cân bằng các khối đất đá tạo nên sườn dốc Ta xét công thức (1.3.1) xác định hệ số ổn định η:

f ΣN + CL

ΣT Thành phần trọng lực P được phân tích thành hai thành phần:

Lực tiếp tuyến T = Psinα có có khuynh hướng gây ra sự dịch chuyển đất đá xuống dưới thấp, với α là góc nghiêng của sườn dốc;

Lực pháp tuyến N = Pcosα có khuynh hướng giữ chặt khối đất đá ở trạng thái cân bằng;

Sườn dốc tự nhiên luôn có khuynh hướng thoải dần, tiến tới độ dốc tương ứng với góc mái dốc thiên nhiên của đất đá cấu tạo nên nó, tức là đạt góc dốc lớn nhất

mà lúc đó sườn vẫn còn ở trạng thái ổn định Nếu các sườn dốc ấy bị xói lớ dưới

Hệ số ổn định η =

Hệ số ổn định η =

(2.5)

(2.6)

chân do nước sông, sóng biển hay bị cắt xén, khai đào khi thi công đường đào, công trường lộ thiên thì độ dốc của mái vượt quá độ dốc của nó sẽ tăng cao và độ ổn định

giảm xuống Cũng tương tự như vậy, khi thi công các công trình bằng vật liệu đắp, nếu độ dốc của mái vượt quá độ dốc cho phép của đất đá cấu tạo nên công trình đó thì sự mất ổn định sẽ xảy ra

Như vậy, trong những điều kiện khác như nhau, việc tăng độ dốc của sườn dốc

do các yếu tố tự nhiên hay nhân tạo có thể trở thành nguyên nhân phá hủy sự ổn định của đất đá cấu tạo nên sườn dốc ấy Khi đánh giá sơ bộ, độ ổn định của sườn dốc có thể kiểm tra sơ bộ bằng cách so sánh góc nghiêng α của sườn dốc với góc ma sát trong ϕ, hoặc góc cắt ψδ của đất đá cấu tạo nên sườn dốc, tức là trạng thái ổn định có thể đạt được khi α<ϕ, hoặc α<ψδ Độ ổn định được kiểm tra cẩn thận bằng cách kiểm toán có xét đến toàn bộ các lực ảnh hưởng [6]

2.2.5 Chất tải lên sườn dốc, mái dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn

Công tác xây dựng nhà cửa, công trình trên sườn dốc, kho bQi vật liệu, đắp các bQi thải, đắp đường, các hoạt động của máy móc, chấn động của công tác khoan nổ thường làm giảm độ ổn định và gây ra hiện tượng chuyển dịch đất đá Động đất gây

ra gia tốc địa chấn và sự dịch chuyển đất đá mạnh trong thời gian ngắn và do đó làm tăng lực cắt, có ảnh hưởng rất lớn đến sự ổn định của sườn dốc

Phân tích các nguyên nhân gây ra sự phá huỷ cân bằng các khối đất đá trên sườn dốc cho phép chúng ta kết luận là sự thành tạo trượt nói cho cùng có thể được gây ra bởi sự tăng cao giá trị tuyệt đối, hoặc giá trị tương đối của ứng lực cắt khi mà

độ bền của đất đá nói chung giảm đi ở trong toàn tầng hay ở các mặt, đới yếu đQ có, hoặc có thể phát sinh trượt Lực cắt lớn hơn độ bền của đất đá phát sinh sự phá huỷ

độ ổn định của sườn dốc và thành tạo trượt Kết luận chỉ rõ tính quy luật quan trọng nhất của sự phát triển quá trình trượt, qua đó lựa chọn khả dĩ các biện pháp công trình phòng chống sự thành tạo trượt, hoặc làm cho trượt được ổn định [6]

2.2.6 Những điều kiện hỗ trợ thành tạo trượt

Những điều kiện hỗ trợ sự tạo thành trượt là toàn bộ điều kiện tự nhiên và nhân tạo có tác dụng làm cho các lực phá hoại sự cân bằng của khối đất đá hoạt động

được dễ dàng Trong những điều kiện thường gặp nhất hỗ trợ sự tạo thành trượt có thể là: 1) đặc điểm khí hậu khu vực; 2) chế độ thuỷ văn của các bể nước và các sông

đối với khu vực trượt ven bờ; 3) địa hình khu vực; 4) cấu trúc địa chất của sườn dốc

và mái dốc; 5) vận động kiến tạo mới và hiện đại, hiện tượng địa chấn; 6) điều kiện

địa chất thủy văn; 7) sự phát triển các quá trình và hiện tượng địa chất ngoại sinh kèm theo; 8) đặc điểm tính chất cơ lý của đất đá; 9) hoạt động xây dựng của con người [10]

Khi nguyên cứu các hiện tượng và quá trình trượt, khi đánh giá mức độ nguy hại của nó cần đứng trên quan điểm toàn diện, phân tích tổng hợp, xét tới đầy đủ các

điều kiện có tính chất khu vực, cũng như địa phương cục bộ

2.3 Cơ chế của quá trình trượt

Sự trượt là hiện tượng dịch chuyển khỏi sườn dốc những khối đất đá riêng lẻ, hoặc dịch chuyển các bộ phận cấu tạo thân trượt hQy còn liên kết với nhau, hoặc sự chảy nhớt của các khối đất đá dưới tác dụng của các lực Dạng, phương thức và tính chất dịch chuyển các khối đất đá sẽ quyết định cơ chế của quá trình trượt – cơ chế trượt đất đá Tính chất cơ bản của cơ chế quá trình trượt là sự dịch chuyển tương đối của bộ phận đất đá này đối với bộ phận khác, theo các mặt và đới yếu [10]

Một số trường hợp xảy ra sự dịch chuyển ( cắt) một khối tảng hay nhiều khối tảng đất đá ( trượt kiến trúc), ở nhiều trường hợp khác sự dịch chuyển đất đá lại biểu hiện dưới dạng chảy như thể lỏng nhớt ( trượt dẻo) có cả phương thức dịch chuyển

đất đá mang tính chất chuyển tiếp

Trượt kiến trúc luôn là trượt cắt, là những loại trượt mà khi những khối đất đá trượt theo một, hoặc nhiều mặt yếu, thì ở đó sức chống cắt của đất đá không cản trở nổi sự dịch chuyển của nó Trượt dẻo thường là trượt chảy Sự chảy nhớt của đất đá

bị trượt (thường là không đồng nhất ) có tính chất tương tự như chảy rối, vì trong đó các hạt đất đá cấu tạo nên thân trượt, ngoài hướng dịch chuyển chủ yếu ( trượt theo sườn dốc ) còn bị dịch chuyển ngang ( cắt ngang) Chảy nhớt đặc trưng cho sự phát triển các biến dạng dẻo hoặc giòn – dẻo ở bên trong khối đất bị trượt Trong khi đó,

đối với trượt kiến trúc, các biến dạng như trên chỉ phát triển ở các mặt hoặc đới yếu [6]

Biến dạng không thuận nghịch của đất đá ở sườn dốc trong sự phát triển trượt dẻo thường tuân theo định luật về dẻo nhớt: định luật Bingham – Schwedoff:

dλ

Tốc độ biến dạng tỷ lệ thuận với ứng suất – lớn hơn ứng suất giới hạn σ>σo đối với đất đá của thân trượt ( hình 2.4)

Hình 2.3 Đường lưu biến của đất đá có tính biến dạng dẻo nhớt

Đất đá loại sét, cũng như nhiều đá nửa cứng, có tính chất chảy dẻo khi ứng suất vượt quá một giới hạn xác định σo - được gọi là ứng suất cắt giới hạn Giới hạn đó

đặc trưng cho sự biến đổi lực chống biến dạng bên trong của đất đá Trong đất đá loại sét, ứng suất cắt giới hạn được quyết định bởi độ bền kiến trúc của đất đá Khi phá vỡ các liên kết kiến trúc, ở trong đất đá phát triển các biến dạng dẻo Biến dạng dẻo phát triển theo thời gian nên được gọi là biến dạng dẻo nhớt

Khi hình thành tất cả các dạng trượt, ứng suất cắt phải vượt quá sức chống cắt bên trong của đất đá Để xác định được cơ chế trượt của đất đá, cần xem xét cặn kẽ

cấu trúc của khối trượt, trạng thái, tính chất của đất đá cấu tạo nên khối trượt và

động lực phát triển của nó [6]

2.4 Động lực của quá trình trượt

Động lực của quá trình trượt được đặc trưng bởi quy luật phát triển trượt theo thời gian nhất định Nếu các điều kiện địa chất tự nhiên thuận lợi và hình thể tác dụng của các ứng lực cắt được được tạo lập, thì việc chuẩn bị phá huỷ cân bằng của các khối đất đá sẽ được bắt đầu Trong thời gian đó có thể phát sinh nhiều hiện tượng như tăng mức độ phong hóa của đất đá, biến đổi độ ẩm và trạng thái vật lý của

nó, giảm độ bền của đất đá, biến đổi độ dốc của sườn do xói lở, các chuyển dịch nhỏ, biến dạng dẻo ( từ biến) Các hiện tượng đó cuối cùng sẽ dẫn tới việc làm giảm độ ổn định của đất đá trên sườn dốc và mái dốc, làm cho dịch chuyển của đất

đá không sao tránh khỏi Sau đó trạng thái cân bằng mới lại xuất hiện Bản chất của quá trình trượt được quyết định bởi mối liên quan giữa những điều kiện môi trường xung quanh và sự thành tạo trượt, giữa những sự biến đổi định lượng từ từ của độ ổn

định và trạng thái cân bằng mới của đất đá, giữa quá trình trượt và các quá trình địa chất khác đi kèm và quyết định nó [6]

Tóm lại, động lực của quá trình trượt có thể phân chia ra 3 thời kỳ: 1) thời kỳ chuẩn bị trượt là thời kỳ làm giảm dần độ ổn định của các khối đất đá; 2) thời kỳ thành tạo trượt thực thụ, thường độ ổn định của của đất mất đi tương đối nhanh hoặc rất đột ngột; 3) thời kỳ tồn tại – thời kỳ ổn định trượt, lập lại độ ổn định của các khối

Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát động lực phát triển quá trình trượt

( theo Lomtađze V.Đ)

2.5 Đánh giá địa chất công trình độ ổn định trượt

Khi đánh giá độ ổn định trượt, cần xét tới tất cả sự đa dạng của nguyên nhân thành tạo và những điều kiện hỗ trợ cho nó Mỗi khối trượt tuỳ theo trạng thái cân bằng của đất đá cấu tạo nó mà có mức độ dịch động nhất định Mức độ dịch động đó

được thể hiện trong địa hình khu vực trượt, trong sự biến đổi cấu trúc bên trong của

nó và sự phá huỷ ổn định khu vực và công trình Tất cả những điều đó cho phép đánh giá định tính và định lượng độ ổn định trượt

Vì vậy, đánh giá địa chất công trình độ ổn định trượt phải là sự đánh giá tổng hợp ( định tính và cuối cùng nhất thiết phải định lượng) Việc đánh giá phải dựa trên tài liệu nghiên cứu : 1) hình thái, cấu tạo khối trượt, độ sũng nước của đất đá, tính chất cơ lý của chúng và các quá trình, hiện tượng địa chất kèm theo; 2) động lực phát triển của hiện tượng trượt; 3) tương quan của các lực ( làm dịch chuyển và giữ lại) quyết định sự cân bằng các khối đất đá cấu tạo nên khối trượt [6]

Với nhóm tài liệu thứ nhất để đánh giá độ ổn định trượt, phải xét tới một số

điểm sau:

Với khối trượt đang dịch chuyển, dịch chuyển mạnh thường có nhiều dấu vết mới của sự dịch chuyển: địa hình mặt đất có nhiều hình dạng tương phản, gò đống, thềm dốc, thảm cỏ bị xé nát, khe nứt hở thấy khắp nơi, cây nghiêng ngả, quan sát thấy nhiều vết lộ nước Những công trình xây dựng trên những khu vực trượt đó bị biến dạng liên tục và đổ vỡ Khi phân tích cấu trúc trượt, có thể phát hiện được các mặt và đới yếu định hướng bất lợi của đất đá và nhiều dấu hiệu khác biểu thị mức độ

50

60

hoạt động của quá trình trượt, sự mất ổn định rõ ràng của khối trượt Khi đánh giá mức độ đe doạ của các khối trượt, cần chú ý đến quy mô của hiện tượng: diện tích

do trượt chiếm, kích thước của nó

ở những khối trượt đQ kết thúc ( đQ ổn định), tác động của nguyên nhân gây ra dịch chuyển đQ được loại trừ Trên địa hình mặt đất, những hình dạng tương phản biến mất Địa hình ít mấp mô hơn, gò đống mềm mại hơn, đại bộ phân bề mặt đều

có cỏ mọc, thậm chí có cả thực vật thân bụi, thân gỗ Dấu vết khe nứt không còn

Đại bộ phận các mạnh nước bị khô Công trình ổn định Sự phát triển của biến dạng ngừng hẳn Điển hình là trọng tâm của các khối trượt đó thường chiếm vị trí tương

đối thấp trong địa hình của sườn dốc và mái dốc

Đối với trượt gần ổn định tạm thời và ổn định tạm thời, các nguyên nhân gây ra dịch chuyển có lúc cân bằng với các yếu tố ổn định, hoặc có lúc được loại trừ Trên

bề mặt địa hình quan sát thấy sự bắt đầu, hoặc tiếp tục xoá mờ mức độ gồ gề và các dấu hiệu biến đổi bên ngoài khác Sự chuyển dịch đất đá cũng như sự phát triển biến dạng công trình bị chậm lại, hoặc ngừng nghỉ tạm thời

Những tiêu chuẩn trên có tính chất ví dụ để đặc trưng và đánh giá độ ổn định trượt dựa trên việc mô tả địa chất Cơ sở của phương pháp này là đo vẽ địa chất công trình các lQnh thổ, các khu vực, hoặc đoạn trượt lở, kèm theo sự mô tả chi tiết

Nhằm nghiên cứu động lực phát triển trượt, trên các khu vực trượt người ta chôn hệ thống mốc cố định và tiến hành quan trắc toàn bộ sự biến đổi địa hình cũng như lớp phủ thực vật ở trên đó Từ kết quả quan trắc, có thể rút ra những hiểu biết nhất định về khuynh hướng và mức độ hoạt động của quá trình: tăng tiến, tắt dần, gần ổn định tạm thời, đQ kết thúc Những quan trắc lâu dài cho phép suy đoán về tốc độ, mức độ đồng đều và quy mô dịch chuyển tuyệt đối, tương đối của toàn bộ khối trượt, hay một số bộ phận của nó

Giải thích các nguyên nhân biến đổi của quá trình tuỳ thuộc vào các yếu tố tự nhiên ( khí hậu, thuỷ văn, địa chất ) và nhân tạo ( cắt xén chân sườn dốc, nổ mìn )

và xét tới kích thước trượt ( quy mô của hiện tượng), có thể rút ra kết luận về độ ổn

định và mức độ đe dọa của nó

Để nghiên cứu cơ chế và quy luật phát triển quá trình trượt, các phương pháp mô hình cũng giúp ích được rất nhiều Sự phát triển của máy tính và các ứng dụng

của nó đQ tạo điều kiện phát triển phương pháp mô hình ảo mà trong đó, cấu trúc trượt và tác động của các ứng lực quyết định độ ổn định trượt được đưa vào gần giống như trên thực tế

Sự đánh giá cuối cùng độ ổn định trượt cần phải dựa trên các phương pháp nghiên cứu trạng thái cân bằng của các khối đất đá tạo nên nó Các phương pháp đó

được quy ước gọi là phương pháp kiểm toán độ ổn định của trượt Phương pháp kiểm toán luôn được kết hợp với các phương pháp dựa trên sự mô tả địa chất hiện tượng trượt, sự nghiên cứu và phân tích động lực phát triển của nó [6]

Cơ sở của các phương pháp kiểm toán để đánh giá độ ổn định trượt là nghiên cứu tỉ số giữa ứng lực gây ra dịch chuyển và ứng lực giữ lại tác dụng lên khối trượt

Tỷ số đó thường được biểu thị bằng hệ số ổn định η:

Σgiữ

Trong đó:

Σgiữ- Tổng sức chống cắt của đất đá ở mặt trượt đQ có, hoặc đang được dự kiến;

Khi sử dụngphương pháp kiểm toán, cần có các tài liệu sau:

- Sơ đồ kiểm toán thực tế, tức là mặt cắt địa chất chi tiết, dọc theo trục của khối trượt hoặc theo khoảnh đặc trưng của nó Trên mặt cắt đó cần thể hiện cấu trúc khối trượt cùng với những mặt và đới yếu đQ được xác định, hoặc đang dự kiến; chiều sâu, thế nằm của các tầng chứa nước và mực nước của chúng Địa hình mặt đất trên mặt cắt phải được thể hiện đủ mọi chi tiết, đặc biệt là những chỗ mặt trượt xuất

- Các số liệu về những thời điểm đặc trưng về động lực phát triển và chế độ tồn tại của khối trượt – những thời điểm hình thành dần tình thế bất lợi nhất đối với sự

đề xuất nên áp dụng những biện pháp công trình nào để giảm tác dụng của ứng lực gây dịch chuyển và tăng tác dụng của lực giữ [6]

2.6 Các phương pháp kiểm toán độ ổn định trượt

Nhiệm vụ đánh giá ổn định trượt là xác định độ ổn định, mức độ đe doạ của các dịch chuyển trượt đối với các công trình hiện có và mức độ bảo tồn địa hình, cũng như xác định phương hướng các biện pháp công trình để ngăn ngừa tác động phá hoại của trượt Đề xuất nhiệm vụ đánh giá dộ ổn định của sườn dốc có nghĩa là

dự báo khả năng thành tạo trượt, luận chứng độ dốc của mái và sự cần thiết phải thi công các biện pháp khác nhằm đảm bảo độ ổn định của nó

Do cấu trúc của các khối trượt, nguyên nhân thành tạo của chúng và những

điều kiện hỗ trợ cho chúng phát triển rất đa dạng nên các phương pháp kiểm toán độ

ổn định trượt cũng khác nhau.Việc lựa chọn các phương pháp đó do các yếu tố sau quyết định: 1) cấu trúc khối trượt, hình dạng mặt trượt đQ được phát hiện được, hoặc

đang dự kiến, có nghĩa là sơ đồ kiểm toán đQ được xác định; 2) khả năng xét tới toàn

bộ tác động của các lực quyết định mức độ ổn định trượt: trạng thái cân bằng của các khối đất đá tạo nên khối trượt, tải trọng thường xuyên hoặc tạm thời, áp lực thuỷ

động, sự đẩy nổi thuỷ tĩnh , gia tốc rơi tự do khi có pha dao động địa chấn ; 3) mức

độ thuận lợi trong sử dụng thực tiễn, với số lượng các phép tính, các biểu đồ ít nhất, khả năng dùng máy tính, biểu bảng

Để kiểm toán độ ổn định trượt, thường người ta dùng hai phương pháp cơ bản: 1) Phương pháp kiểm toán độ ổn định của những khối trượt có mặt trượt nằm

nghiêng; 2) Phương pháp kiểm toán dộ ổn định của những khối trượt có mặt trượt lõm ( cung tròn hình trụ) [6]

2.5.1 Phương pháp kiểm toán độ ổn định của các khối trượt có mặt trượt nằm nghiêng

Phương pháp này kiểm toán độ ổn định của các khối trượt kiến trúc theo bề mặt

có sẵn Khối trượt kiểu này có mặt trượt phẳng, bậc thang – phẳng, hoặc nằm nghiêng hơi gợn sóng Sơ đồ kiểm toán ví dụ của những khối trượt đó được minh họa

ở hình 2.6

Điều kiện cân bằng của khối trượt dọc theo mặt trượt I-I sẽ được xác định theo phương trình:

T = Ntgϕ + CL trong đó:

T: thành phần của trọng lực P ( trọng lượng chung P của đất đá cấu tạo nên khối trượt), có khuynh hướng làm dịch chuyển khối trượt, T=Psinα;

N: thành phần trọng lực P có khuynh hướng giữ cho khối trượt ở trạng thái cân bằng, N=Pcosα;

tgϕ =f: hệ số ma sát trong dùng cho kiểm toán của đất đá tạo nên mặt trượt, hoặc đới kế cận mặt trượt đó;

C: lực dính dùng cho kiểm toán của đất đá tạo nên mặt trượt, hoặc đới kế cận mặt trượt đó;

L: chiều dài của mặt trượt I-I;

Hình 2.5 Sơ đồ kiểm toán ví dụ của khối trượt có mặt trượt nằm nghiêng

a- Mặt cắt địa chất kiểm toán; b – mặt bằng khu trượt

Thường không tiến hành kiểm toán cho toàn bộ khối trượt mà chỉ cho một khối

đất đá có chiều rộng 1m, được tách ra theo mặt cắt kiểm toán Khi đQ xác định được diện tích S(m2) theo mặt cắt địa chất và thể tích V(m3) của khối đất đá được tách ra,

ta xác định được trọng lượng P của nó: P=Vγ

(γ - khối lượng thể tích dùng cho kiểm toán đất đá tạo nên khối trượt)

Sau đó tính các đại lượng thành phần lực T và N, rồi lập phương trình cân bằng, xác định hệ số ổn định của khối trượt

N tgϕ + CL

T Nếu khối trượt nằm trong cân bằng giới hạn, hệ số ổn định bằng 1 Nếu lực giữ vượt quá lực cắt, khối trượt sẽ có dự trữ ổn định và hệ số ổn định trong trường hợp này sẽ lớn hơn 1

Việc kiểm toán độ ổn định của khối trượt sẽ phức tạp, nếu mặt trượt có độ nghiêng không đồng đều, có nghĩa là dạng bậc thang-phẳng Dạng mặt trượt này phát sinh trong những trường hợp mà một phần của mặt trượt cắt theo mặt phân lớp, còn phần khác thì đi theo mặt khe nứt Trong đá cứng và một số loại đá nửa cứng, mặt trượt thừng cắt toàn bộ theo mặt khe nứt ( mặt này chia tách khối trượt khỏi sườn của đá gốc Sơ đồ kiểm toán ví dụ của những khối trượt như vậy được biểu thị ở hình 2.7