Chương 1: Tổng quan về trượt lở đất và các phương pháp nghiên cứu trượt lở - Chương 2: Cơ sở lý luận của phương pháp chỉ số thống kê trong xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở đất - Chương 3: Ứng dụng mô hình chỉ số thống kê thành lập bản đồ nhạy cảm với trượt lở và đề xuất biện pháp phòng chống trượt lở mái dốc, thành phố Bắc Kạn - Kết luận Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo - TS. Trần Thế Việt, Trường Đại học Thủy Lợi và TS. Nguyễn Hồng Trường, Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam. IV Kết quả đạt được + Nắm chắc đặc điểm trượt lở đất ở khu vực thành phố Bắc Kạn; + Nắm chắc phương pháp Chỉ số thống kê trong đánh giá tính nhạy cảm với trượt lở đất và xây dựng bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở đất; + Sử dụng tốt phần mềm ARCGIS; + Đề xuất các giải pháp công trình phòng chống trượt lở mái dốc.
TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ 1. Tổng quan về trượt lở 1.1 Các khái niệm chung về trượt lở Trượt lở là một trong những tai biến tự nhiên chủ yếu, xảy ra hàng năm, gây thiệt hại đáng kể một cách trực tiếp và gián tiếp đến tính mạng, tài sản của con người. Trượt lở được định nghĩa là sự di chuyển của khối đá, các mảnh vụn hay đất xuống suờn dốc (Cruden, 1991)[3], 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. Các quá trình nói trên thể hiện ở các tác nhân như mưa lớn, động đất, sự thay đổi mực nước, sóng hoặc xói mòn do dòng chảy đã làm tăng ứng suất cắt hoặc làm giảm sức kháng cắt của các vật liệu tạo nên sườn dốc.
Thêm vào đó, cùng với sự phát triển về kinh tế ở các vùng đồi núi dưới áp lực của sự tăng dân số và đô thị hoá, các hoạt động của con người như phá rừng hay khai đào các sườn dốc để mở đường và tạo mặt bằng xây dựng, v. đã trở thành các nguyên nhân quan trọng gây nên trượt lở đất. Trượt lở xảy ra khi khối đất đá bị mất cân bằng, giữa một bên là các lực gây trượt và bên kia là các lực chống trượt. Các quá trình trượt lở là sản phẩm của sự thay đổi của các điều kiện hình thái địa mạo, thủy văn và địa chất, bị thay đổi 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 địa chấn.
Theo Varnes (1984)[4], 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. Các thành phần chính của một khối trượt được mô tả như ở Hình 1. Hiện nay, có nhiều hệ thống phân loại trượt lở đang được dùng, trong đó có hai hệ thống được sử dụng rộng rãi, đặc biệt ở các nước phương Tây là hệ thống được đưa ra bởi Hutchinson (1968)[5], Varnes (1978)[6] và Varnes (1984)[4].
Cả hai hệ thống đều phân nhóm theo kiểu dịch chuyển nhưng khác nhau ở các trạng thái dòng dịch chuyển. Việc 5 lựa chọn hệ thống phân loại phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu là phân tích điều kiện phá hủy khối trượt hay luận giải kết quả dịch chuyển của khối trượt. Việc hiểu được đặc điểm và bản chất của mỗi loại trượt lở có ý nghĩa quan trọng trong thực tế, đặc biệt là trong việc lập kế hoạch và chọn giải pháp phù hợp để giảm thiểu các thiệt hại do trượt lở đất. Hệ thống phân loại của Varnes dễ sử dụng, làm nổi bật được kiểu dịch chuyển, các thuật ngữ mô tả khối trượt như trong Bảng 1.
1: Các thuật ngữ mô tả khối trượt Trong phạm vi luận án, các kiểu trượt được tập trung nghiên cứu được trình bày chi tiết ở các mục dưới đây. Phân loại trượt lở 1. Trượt xoay 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 hay cycloit thì trong quá trình trượt, biến dạng bên trong khối trượt ít, thành 6 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 (Hình 1. 1: Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978, 1984) Kiểu vật liệu Kiểu Đất xây dựng dịch chuyển Đá Hạt thô là chủ yếu Hạt mịn là chủ yếu Đổ Đổ Mảnh vụn đổ Đất đổ Rơi Rơi Mảnh vụn rơi Đất rơi Xoay Sụt Mảnh vụn sụt Đất sụt Trượt Tịnh tiến Dịch chuyển khối Dịch chuyển khối mảnh vụn Dịch chuyển khối đất Chảy ngang Dịch ngang Mảnh vụn dịch ngang Đất dịch ngang Chảy dòng Dòng đá (lở) Dòng mảnh vụn Dòng đất Trượt hỗn hợp bao gồm 2 hoặc nhiều hơn kiểu dịch chuyển cùng xảy ra Trượt xoay xảy ra trong các vật liệu đồng nhất với tác các tác nhân chính có thể liệt kê gồm có mưa lớn, băng tan nhanh, mực nước ngầm dâng cao, động đất. Đây là các yếu tố có tác động 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 sạt lở phần này. 2: Trượt xoay (rotational slides) Nhiều trườn hợp, các mép bên của bề mặt phá hủy có độ dốc lớn dẫn đến sự dịch chuyển của hai bên sườn xuống phía dưới, tăng thêm tải trọng cho khối trượt. Sự thâm nhập của nước vào phần đầu cung trượt giúp tăng thêm độ ẩm của vật liệu, tạo điều kiện cho bề mặt phá hủy phát triển cũng như tăng trọng lượng khối trượt tạo điều kiện cho trượt dễ dàng xảy ra.
Dự đoán loại sạt lở này có thể thông qua sự xuất hiện lại của các điểm trượt trong quá khứ và việc đánh giá các vết nứt ở đỉnh mái dốc. Trượt tịnh tiến Trượt tịnh tiến là một trong những hình thức trượt lở phổ biến nhất khi khối trượt dịch chuyển xuống trên bề mặt gốc 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 (Hutchinson, 1988)[8].
Ngược lại, mặt trượt xoay có khuynh hướng khôi phục lại khối trượt về trạng thái cân bằng (Hình 1. 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 xảy ra dọc theo các ranh giới địa chất 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 đá (Panet, 1969)[9] hay trượt phẳng.
3: Trượt tịnh tiến (translational slides) 1. Trượt hỗn hợp Đây là kiểu trượt trung gian giữa hai loại trượt xoay và trượt tịnh tiến. Tỷ số D/L cũng là trung gian giữa hai loại (Skempton và Hutchinson, 1969) [7]. Bề mặt phá hủy ở 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 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 (Hutchinson 1988)[8]. Tùy thuộc vào loại vật liệu và tính chất đặc thù của mái dốc mà trượt hỗn hợp còn có tên gọi riêng là trượt bùn và trượt dòng. 4: (a) Kiểu trượt trung gian giữa hai loại trượt xoay và trượt tịnh tiến.
Tình hình trượt lở đất trên Thế giới và Việt Nam 1.1 Tình hình trượt lở đất trên Thế Giới Trong thế kỷ 20, cùng với sự tăng lên của mật độ dân số và các hoạt động kinh tế kèm theo tại những khu vực có nguy cơ cao về trượt lở đất, số thiệt hại về tài sản và số người chết vì thế càng càng tăng. Xu hướng này dường như còn tăng cao hơn trong thế kỷ 21. Thống kê theo số thiệt hại về con người do trượt lở đất đá năm 2007, các quốc gia chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất phải kể đến Trung Quốc với 695 người chết, xếp sau đó là Indonesia (465), Ấn Độ (352), Nepal (168), Bangladesh (150) và Việt Nam (130). Theo thống kê của Ngân Hàng Thế Giới, tổng diện tích đất bị trượt lở vào khoảng 3.7 triệu km2 với dân số chịu tác động gần 300 triệu người, hay 5% tổng dân số thế giới.
Các khu vực có nguy cơ tương đối cao (trên 3 thang 10) bao gồm khoảng 820.000 km2 với dân số chịu tác động ước tính là 66 triệu người (Bảng 1. 2: Thống kê của Ngân Hàng Thế Giới về thiệt hại do trượt lở trên toàn TG Chiều dài đường Diện tích đất Dân số GDP GDP nông nghiệp Tai biến bộ/đường sắt (106km2) (106) (109$) (109$) (103km) Trượt lở 0. 5: Phân bố tỷ lệ tử vong vì trượt lở đất trên toàn Thế Giới 10 Trong đó rủi ro trượt lở đáng kể nhất cả về tỷ lệ tử vong và tổn thất kinh tế là ở Trung Mỹ, tây bắc của Nam Mỹ, vùng Cáp-ca, và Đài Loan. Nguy cơ tử vong cao trong khu vực Himalaya, Philippines, và Indonesia, nhưng thấp ở miền nam châu Âu và Nhật Bản (Hình 1.5), những nơi có rủi ro thiệt hại về kinh tế cao (Hình 1.