Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM - GIS TRONG ĐÁNH GIÁ TRƯỢT LỞ ĐẤT Trượt lở đất gây ra nhiều tổn thất về người và của, gây tâm lý hoang mang, lo lắng cho nhiều người dân, là nỗi trăn trở, bức xúc của các nhà quản lý ở nhiều địa phương. Đã có nhiều đề tài, dự án, công trình công bố về vấn đề này. Khái quát chung về trượt lở 1.
Khái niệm Theo định nghĩa kinh điển, trượt đất (landslide) là quá trình di chuyển của những khối đất đá trên sườn, trong đó ít xảy ra sự đổ vỡ hoặc đảo lộn tính nguyên khối của chúng [5]. Các thể trượt đất lớn làm dịch chuyển hàng trăm ngàn mét khối vật liệu, tiêu huỷ cả những trung tâm định cư lớn, làm biến đổi mạnh cảnh quan và mạng lưới thuỷ văn. Ngược lại có những trượt đất nhỏ bé đến mức không gây thiệt hại gì đáng kể. Trượt đất có thể xảy ra chậm chạp, chỉ quan sát được nhờ các thiết bị đo đạc chính xác, song cũng có thể xảy nhanh mang tính đột biến.
Khác với trượt đất, lở đất thường xảy ra nhanh, cấu trúc đất đá của khối lở đất thường bị xáo trộn, đổ vỡ đáng kể. Lở đất thường là bước phát triển kế tiếp của khối trượt đất thuần túy trong điều kiện mặt trượt dốc và chân khối trượt không có vật chống đỡ. Sự chuyển từ trạng thái trượt sang lở đất là khá phổ biến và tác hại của hiện tượng này tăng lên đáng kể. Thuật ngữ trượt lở đất được dùng để chỉ hiện tượng kết hợp này.
Hiện tượng trượt lở phá hủy sườn dốc và mái dốc, cải biến hình dạng của chúng, tạo nên nhiều dạng cấu trúc bên trong khá đặc biệt cho những khối trượt. Sự dịch chuyển đất đá trong quá trình trượt thường xảy ra theo một hoặc 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 biến cải địa hình khu vực, cấu trúc địa chất ở đó và cho thấy rằng đất đá trên sườn dốc và mái dốc đã bị mất ổn định do ảnh hưởng của một số nguyên nhân nào đó.
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. Vấn đề này sẽ được đề cập đến ở phần sau. Ở đây cần lưu ý là mỗi khối trượt thường bao chiếm diện tích nhỏ hoặc lớn của sườn dốc hay mái dốc và cả khu vực kế cận. Có nhiều thí dụ cho thấy: ở trên sườn dốc cao đã phát sinh ra nhiều khối trượt, tạo ra vài ba bậc ở những độ cao khác nhau.
Cũng thường hay gặp một khối trượt ở sườn dốc nằm kế cận khối trượt khác, hoặc ở cách xa nó một khoảng nào đó. Nhưng cũng có khi các khối trượt xuất hiện không liên tục ở trên sườn dốc kéo dài hàng km, 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hàng chục, thậm chí hàng trăm km và tạo nên của một khu vực trượt. Dịch chuyển của khối trượt phát sinh do tác động của trọng lực, trượt đất phát sinh khi nào thành phần lực gây trượt (gây cắt) của trọng lực vượt quá độ bền của đất đá nói chung, bề mặt các đới xung yếu đang tồn tại. Lúc đó tính ổn định (sự cân bằng giới hạn của đất đá) mới bị phá huỷ, Tai biến trượt đất được xếp vào loại tai biến gây ra các sự cố cấp diễn và là tai biến lớn, tai biến thứ sinh do sự cố trượt thường diễn ra nhanh mạnh, các cơ quan bị biến đổi mau lẹ và sự xuất hiện của loại tai biến này được khống chế bởi những quy luật và những tác nhân nhất định, tuy nhiên trong một số trường hợp trượt đất cũng thể hiện dưới dạng tai biến tiềm ẩn tức là diễn ra một cách từ từ, kéo dài, khó nhận biết và lặp lại ở các viết trượt cũ.
Cơ chế và phân loại trượt đất 1. Cơ chế trượt lở Để tai biến này xảy ra, trước hết địa hình phải có độ dốc tương đối, đó là điều kiện cần, điều kiện đủ là phải có sự bão hòa nước vật liệu trên sườn thì sự di chuyển khối vật liệu mới diễn ra. Khi ở một vùng có độ dốc tương đối, thành phần vật liệu sườn bao gồm cả những hạt to thô và cả những hạt nhỏ mịn. Khi có mưa xuống nó không chỉ thấm xuống lớp đất mà nó còn mang cả những hạt nhỏ mịn xuống dưới những hạt to thô và lớp hạt mịn này tiếp xúc với bề mặt đá gốc, khi mưa quá lớn và lượng mưa tập trung trong một thời gian ngắn, lượng nước thấm xuống đất nhiều làm cho sự bão hòa nước của vật liệu sườn nhanh chóng đạt cực đại, làm suy giảm độ liên kết trong các hạt đồng thời lượng nước mưa thấm xuống cũng làm tăng tải trọng trên sườn, thêm vào đó yếu tố lớp hạt nhỏ mịn được di chuyển xuống dưới cùng, tiếp xúc với bề mặt đá gốc như trên đã trình bày cũng là yếu tố kích thích khối vật liệu dịch chuyển.
Phân loại trượt đất Tuỳ thuộc vào đặc điểm di chuyển của vật liệu trên sườn, người ta phân ra thành nhiều kiểu trượt lở khác nhau (hình 1.1): Rơi: Sự di chuyển mà ta thường gặp ở những nơi có độ dốc lớn, đá gốc bị nứt nẻ, phần đá bị nứt tách ra rơi thẳng từ trên cao hay lăn, nhảy cóc trên sườn,thường thì dạng này các khối đá rơi từ vách dốc xuống chủ yếu diễn ra trong không khí tức là ít có sự ma sát với sườn. Hiện tượng này bao gồm các khối đá trên đỉnh núi rơi xuống dưới cho đến các khối trầm tích bở rời ở bờ sông rơi xuống do xâm 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thực ngang. Đổ: Sự di chuyển mà ta thường gặp ở các khối đất đá bị chia thành những khối nhỏ bởi các khe nứt hoặc thớ chẻ thẳng đứng song song mặt sườn. Trong khi đó, khối vật chất cũng mất đi tính liên tục nằm ngang.
Sự di chuyển thường diễn ra do sự mở rộng các khe nứt hay các thớ chẻ thẳng đứng. Chúng chuyển động do ứng suất gây ra moment đổ xung quanh điểm quay trải ra bên dưới tâm trọng lực của khối đá bị tác động. Hiện tượng có thể tiến triển thành rơi hoặc trượt. Trượt: Đây là hiện tượng phổ biến của hoạt động di chuyển khối trên sườn và cũng là tai biến trượt lở đất ta thường gặp.
Trượt là sự di chuyển khối vật liệu dọc trên bề mặt đá gốc. Trong đó, chia ra làm hai loại là trượt xoay (phổ biến với mặt trượt cong) và trượt tịnh tiến (ít phổ biến với mặt trượt phẳng). Trong một khối trượt được chia ra các bộ phận sau (hình 1. Phân loại trượt đất (theo Varnes, 1978) - Thân trượt: Toàn bộ phần đất đá di chuyển trượt xuống khỏi vị trí ban đầu của vật liệu và do lực quán tính; - Mặt trượt: Là nơi tiếp xúc giữa khối trượt và nền đá gốc.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Vách trượt: Là phần đá gốc lộ ra sau khi thân trượt( vốn là khối vật liệu ban đầ trên nó lúc trước khi xảy ra trượt lở) bị di chuyển trượt xuống dưới. - Đỉnh khối trượt: Là phần trên cùng của khối trượt có bề mặt nghiêng vào phía vách trượt. - Chân khối: Là phần dưới cùng của thân trượt, là phần tiếp xúc đầu tiên với phần chân núi khi khối trượt di chuyển đáp xuống bề mặt. Chân khối trượt thương bị dồn nén tòe rộng ra do áp lực của cả khối.
Các bộ phận của một khối trượt Tan rã biên: Là sự chuyển động mở rộng ngang với tốc độ khác nhau từ chậm đến nhanh của các khối đất đá. Nguyên nhân của sự di chuyển này là do sự hóa lỏng và chảy của cá lớp đất đá yếu trên sườn, đối với các vật liệu bền vững hơn thì trên mặt trượt kết lại với nhau, không có biến dạng lớn. Dạng này phát triển trên các khối đất đá có sự đan xen các lớp có độ rắn, bền vững khác nhau, trong đó lớp rắn chắc nằm phần dưới và có độ nghiêng tương đối thoải. Dòng chảy: Là hình thức chuyển động liên tục theo dòng chảy do trên sườn vật liệu bở rời, không gắn kết hoặc là gắn kết rất yếu như đất vụn thô, trầm tích trẻ,… tồn tại trong thời gian ngắn và không được duy trì thường xuyên.
Kiểu tổng hợp: Là hình thức di chuyển khối phức tạp, nó có thể là chuyển động hỗn tạp của vài kiểu hay của tất cả các kiểu trên. Điều kiện xảy ra trượt lở đất và các nhân tố ảnh hưởng TLĐ xảy ra khi tính ổn định sườn bị phá vỡ. Có thể có nhiều nguyên nhân dẫn tới sự mất ổn định đó, tuy nhiên vẫn phải tuân theo một nguyên tắc là tổng các lực chống trượt phải nhỏ hơn tổng các lực gây trượt thì tai biến TLĐ mới xảy ra (hình 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Điều kiện xảy ra trượt lở đất Hình 1.
Sơ đồ biểu diễn các lực tác động lên một khối trượt Hệ số an toàn Fs = ∑ các lực chống trượt / ∑ các lực gây trượt - Với Fs > 1: Lúc này sườn vẫn ở trạng thái ổn định do tổng các lực gây trượt không thể thắng được tổng các lực chống trượt, do đó trượt đất không diễn ra. - Với Fs = 1: Lúc này sườn đang ở ngưỡng bắt đầu của sự phá hủy, trạng thái mong manh và rất nhạy cảm, chỉ một tác động dù là nhỏ thôi cũng mang tính quyết định đến độ ổn định của sườn. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Với Fs < 1: Sườn đã ở trạng thái mất tính ổn định do các lực chống trượt nhỏ hơn tổng các lực gây trượt, đây là điều kiện cho trượt lở đất xảy ra. Như vậy, mối tương quan giữa các lực trượt và các lực chống trượt mang tí nh quyết định đến việc trượt đất có xảy ra hay không, mà các lực này lại hoàn toàn phụ thuộc vào các nhân tố ảnh hưởng đến độ ổn định sườn.
Có hai nhóm nhân tố chính ảnh hưởng đến độ ổn định sườn đó là nhóm nhân tố làm tăng lực gây trượt(ứng suất trượt) và nhóm nhân tố làm giảm lực chống trượt. Các nhân tố ảnh hưởng tới trượt lở đất a.