CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ ĐẤT 1. Khái niệm trượt lở đất Trượt lở là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, dưới tác dụng của các quá trình địa chất động lực công trình, gây mất ổn định mái dốc, sườn dốc hay vách dốc (gọi chung là mái dốc) tạo ra sự dịch chuyển mái dốc (vật chất), phá hủy mọi thứ liên quan trên đường đi của chúng.
Trượt lở xảy ra khi khối đất đá bị mất cân bằng, các lực gây trượt vượt quá các lực giữ trượt. Rõ ràng, các quá trình trượt lở là sản phẩm của các thay đổi điều kiện hình thái địa mạo, thủy văn và địa chất. Sự thay đổi những điều kiện này được thực hiện bởi các quá trình địa động lực, phát triển của thực vật, quá trình sử dụng đất, các hoạt động nhân sinh, cũng như tần suất, cường độ lắng đọng trầm tích và chấn động. Theo Varnes (1984), thuật ngữ “trượt lở” bao gồm tất cả các hiện tượng khối trượt trên bề mặt dốc.
Các hiện tượng này bao gồm cả các hiện tượng không thực sự trượt như đá đổ, đá rơi và dòng bùn đá. Phân loại trượt lở Trượt rất đa dạng về kích thước, cấu trúc, nguyên nhân thành tạo và điều kiện hỗ trợ cho sự phát sinh và phát triển nó, về cơ chế và động lực của quá trình… Cũng vì thế mà có rất nhiều cách phân loại trượt đã được đề nghị. Một số cách phân loại chi tiết hơn thì có xét tới một số dấu hiệu đặc trưng. Một số khác thì ít chi tiết và được xây dựng trên cơ sở xét tới một hoặc một số rất ít dấu hiệu.
Phần lớn cách phân loại trượt một mặt phản ánh tính chất phức tạp của hiện tượng trượt; mặt khác, phản ánh tình hình phát triển khoa học về trượt. Trong khuôn khổ luận văn không thể nào mô tả hết tất cả các phương pháp phân loại trượt. Vì vậy, tác giả chỉ giới thiệu hệ thống phân loại trượt lở của Varnes được sử dụng rộng rãi. Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes làm nổi bật được kiểu dịch chuyển và kiểu vật chất.
Trong thực tế, bất kỳ khối trượt nào cũng được phân loại và mô tả bằng hai cụm từ vật liệu và kiểu dịch chuyển. Phân loại trượt lở theo Varnes được liệt kê trong bảng sau: 4 Bảng 1. Phân loại trượt lở theo Varnes (Nguồn [7]) Kiểu vật liệu Kiểu dịch Đá Vật liệu gắn kết yếu chuyển Hạt thô là chủ yếu Hạt mịn là chủ yếu Đổ (rơi) Đá đổ Mảnh vụn đổ Đất đổ Lật Đá lật Mảnh vụn lật Đất lật Xoay Sụp Mảnh vụn sụp Đất sụp Trượt Tịnh Dịch chuyển Dịch chuyển khối Dịch chuyển khối đất tiến khối mảnh vụn Chảy ngang Dịch ngang Mảnh vụn dịch ngang Đất dịch ngang Chảy dòng Dòng đá Dòng mảnh vụn Dòng đất Phức hợp Kết hợp 2 hoặc nhiều hơn các kiểu dịch chuyển trên cùng xảy ra * Dưới đây là một số kiểu trượt lở thường gặp: - Kiểu dịch chuyển dạng đổ: bắt đầu với sự tách, vỡ của đất, đá từ mái dốc đứng theo mặt tách mà ở đó cường độ kháng cắt rất yếu hoặc không có. Vật chất sau đó rơi theo trọng lực, có thể kèm theo chuyển động quay với tốc độ nhanh.
Quá trình đổ sẽ lần lượt từ những mặt tách nhỏ hoặc lật đổ từng phần vật chất hoặc khi phần mũi của vách đá nhô ra biển dưới tác dụng của sóng hay lòng sông bị xói mòn dẫn đến bị đứt chân gây mất lực dính. Kiểu dịch chuyển dạng đổ (đá rơi, đá đổ) - Kiểu dịch chuyển dạng lật: là hiện tượng khi một phần mái dốc (đất, đá) bị lật quay, rơi ra khỏi mái dốc với trọng tâm quay quanh một điểm hay một trục giả định. Quá trình lật có thể bị tác động bởi trọng lực vào phần khối lở ở những vật 5 liệu hình thành các khe nứt tạo góc dốc ngược hoặc dưới tác động của nước, băng tồn tại trong khối đất đá. Sự hình thành các vết rạn nứt trên đỉnh của khối trượt là tác nhân gây lật cao và phát sinh các ứng suất gây lật.
Đây là dạng lật phức tạp, sự phá hủy theo dạng này không những xảy ra trong các khối đá mà còn có thể xảy ra trong các khối đất dính bị khoét chân dưới tác dụng của dòng sông. Kiểu dịch chuyển dạng lật - Trượt xoay: là hiện tượng các khối đất, đá được dịch chuyển theo bề mặt phá hủy dạng mặt cong lõm giả định. Nếu bề mặt phá hủy (theo mặt cắt ngang) có dạng cung trượt hình trụ thì trong quá trình trượt, biến dạng bên trong khối trượt ít, thành phần đất đá cơ bản không bị xáo động. Khi trượt xảy ra, phần đầu khối trượt dịch chuyển chủ yếu theo chiều thẳng đứng, phần bề mặt mái dốc phía trên khối trượt có khuynh hướng tạo ra độ nghiêng dốc ngược với mái dốc.
Trượt xoay xảy ra trong các vật liệu đồng nhất, thường sự tác động của chúng mãnh liệt hơn so với các kiểu dịch chuyển khác. Tuy nhiên, trong tự nhiên ít khi vật liệu đồng nhất hoàn toàn, mái dốc dịch chuyển trong các vật liệu này thường xảy ra không đồng đều và gián đoạn theo các lớp vật liệu. Khi đào bỏ một phần mái dốc cũng có thể là nguyên nhân gây trượt. Vách dốc chính ở đỉnh mặt trượt xoay gần như thẳng đứng, không có gì chống đỡ nên sự dịch chuyển khối trượt có thể làm đổ lở phần này.
Trượt xoay - Trượt tịnh tiến: là hiện tượng khối trượt dịch chuyển xuống qua bề mặt dạng mặt phẳng hoặc hơi gồ ghề. Trượt tịnh tiến nhìn chung là nông hơn trượt xoay. Các bề mặt phá hủy thường dạng hình lòng máng rộng theo mặt cắt ngang. Trong kiểu trượt này, khối trượt dịch chuyển liên tục có thể bị đứt gãy ra từng phần nếu vận tốc di chuyển hoặc độ ẩm tăng, khối bị phá vỡ sau đó có thể biến thành dạng chảy, tạo ra các dòng mảnh vụn đúng hơn là trượt thuần túy.
Trượt tịnh tiến thường kèm theo các dấu hiệu không liên tục như đứt gãy, khe nứt, sự phân lớp hay lớp tiếp xúc giữa đá gốc là lớp phong hóa bên trên. Trượt tịnh tiến không liên tục xảy ra dưới dạng đơn giản trên các khối đá được gọi là trượt phẳng. Trượt tịnh tiến - Trượt hỗn hợp: là kiểu trượt trung gian giữa hai loại trượt xoay và trượt tịnh tiến. Bề mặt phá hủy của loại này có vách dốc chính dốc hơn nhưng chiều sâu mỏng hơn.
Mặt trượt có dạng đường cong gãy khúc phức tạp, phụ thuộc vào biến dạng 7 bên trong và ứng lực cắt dọc bề mặt trong phạm vi vật liệu dịch chuyển và những kết quả trong sự hình thành những vách dốc trung gian, độ dốc của nó giảm đột ngột, trên bề mặt vật liệu bị biến dạng, lún xuống tạo ra các địa hào và vùng chịu nén. Kiểu trượt này thường xuất hiện khi trong cấu tạo của khối trượt có sự hiện diện của lớp đất yếu hay đới sét phong hóa, tạo ra các mặt trượt trung gian điều khiển quá trình dịch chuyển và tạo ra mặt trượt hỗn hợp. Trượt hỗn hợp - Kiểu dịch chuyển trượt ngang: xảy ra khi một lớp sét hoặc cát ẩm trở nên ẩm và mềm hơn khi chịu tác dụng của dòng thấm và chịu nén hông bởi trọng lượng của những lớp bên trên. Điều này giải thích hiện tượng một mái dốc thoải ổn định trong thời gian dài có thể bị phá hủy và dịch chuyển bất ngờ.
Bề mặt phá hủy của dạng này không phải là bề mặt có ứng lực cắt lớn nhất như trượt bình thường mà phá hủy do sự hóa lỏng hoặc chảy (đẩy ra) của vật liệu mềm hơn bao bọc. [7] - Kiểu dịch chuyển dạng dòng: là sự dịch chuyển liên tục theo không gian trong đó các dạng mặt cắt tồn tại ngắn, không được duy trì lâu. Đặc điểm phân bố vận tốc trong khối dịch chuyển gần giống với dạng dòng chất lỏng sệt. Sự biến đổi dần dần từ trượt tới chảy xảy ra phụ thuộc vào lượng nước trong đất, tính lưu động và phạm vi phát triển của khối trượt.
Trượt lở mảnh vụn có thể trở thành dòng mảnh vụn có tốc độ cực nhanh trong các điều kiện nhất định. Varnes đã sử dụng các thuật ngữ dòng bùn đất (earth flow) và dòng bùn đất dịch chuyển chậm (slow earth flow) để miêu tả các dòng đất khô di chuyển chậm hơn, sinh ra trong đất dính (thường là sét hoặc sét phong hóa từ đá gốc) với mái dốc vừa phải, độ ẩm vừa đủ. Sự hình 8 thành các dòng bùn đất thường liên quan đến mưa lũ, có trận hình thành ngay sau những trận lũ do mưa bất thường. Dịch chuyển dạng dòng Dòng mảnh vụn (debris) là một dạng dịch chuyển dòng nhưng với qui mô lớn hơn, dồn dập hơn, tốc độ di chuyển nhanh hơn.
Một dạng nữa của kiểu di chuyển này gọi là dòng đá gốc (bedrock flow), đặc trưng cho sự biến dạng liên lục theo không gian bề mặt trái đất như lở sâu, chúng dịch chuyển rất chậm dọc theo các bề mặt ứng suất cắt không kết nối với nhau do quá trình tạo nếp uốn tạo ra. Một dạng đặc biệt nữa của dịch chuyển dòng là các dòng mảnh vụn vật liệu núi lửa. Được thành tạo từ tro bụi núi lửa tích đọng trên mái dốc núi lửa với mức độ cố kết thấp, vận động dưới tác dụng của dòng nước xuất phát từ các hồ đứt gãy, sự ngưng tụ hơi nước, kết quả kết tủa các hạt phần tử nước cùng sự tan băng tuyết phía trên nón núi lửa. Hình thái khối trượt và động lực của quá trình trượt - Hình thái khối trượt 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 đã bị dịch chuyển tạo thành thân trượt gồm vật liệu tích lũy do trượt. 9 Bề mặt mà ở đó các khối đất đá trượt tách ra và dịch chuyển xuống dưới thấp gọi là mặt trượt. Trượt có thể có một hoặc nhiều mặt trượt (đôi khi mặt trượt được gọi là mặt phá hoại). Khi có nhiều mặt trượt tồn tại thì cấu trúc bên trong của khối trượt phức tạp hơn; các bộ phận của nó sẽ bị dịch chuyển một cách tương đối với nhau.
Hình thái khối trượt [7] - Hình dạng mặt trượt trong đất đá đồng nhất thường là lõm, lõm đồng đều gần giống với mặt hình trụ tròn; 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 hoặc mái dốc.