Nghiên Cứu Đặc Điểm Hình Thành và Phát Triển Khối Trượt Lớn ở Miền Núi Phía Bắc Việt Nam

Nghiên cứu đặc điểm hình thành và phát triển khối trượt lớn tại huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang, góp phần hiểu rõ tình hình địa chất miền núi phía Bắc.

• Tác giả: Đào Minh Đức
• Người hướng dẫn: GS. Đỗ Minh Đức
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Địa chất học
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Điểm Hình Thành và Phát Triển Khối Trượt Lớn ở Miền Núi Phía Bắc Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHỐI TRƯỢT LỚN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
• 1.1.1. Trên thế giới
• 1.1.2. Khái niệm và phân loại KTL
• 1.1.3. Đặc điểm của KTL
• 1.1.4. Phương pháp khảo sát hiện trạng
• 1.1.5. Thành lập bản đồ nguy cơ hình thành
• 1.1.6. Phân tích mô phỏng
• 1.1.7. Quan trắc và cảnh báo nguy cơ dịch chuyển của KTL
• 1.1.8. Giải pháp phòng, chống và giảm nhẹ thiệt hại
• 1.1.9. Phương pháp khảo sát trượt đất, đá
• 1.1.10. Thành lập bản đồ nguy cơ hình thành trượt đất đá
• 1.1.11. Phân tích ổn định KTL bằng mô hình số
• 1.1.12. Quan trắc và cảnh báo sớm
• 1.1.13. Các vấn đề nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: CÁCH TIẾP CẬN VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cách tiếp cận
• 2.2. Tiếp cận phân tích hệ thống
• 2.3. Tiếp cận tích hợp chuỗi thời gian
• 2.4. Khung logic nghiên cứu KTL
• 2.5. Hệ phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Nhóm phương pháp khảo sát KTL
• 2.5.2. Nhóm phương pháp thống kê và học máy
• 2.5.3. Nhóm phương pháp quan trắc KTL
• 2.5.4. Ứng dụng các phần mềm mô hình Địa kỹ thuật
• 3. CHƯƠNG III: ĐẶC ĐIỂM CÁC KHỐI TRƯỢT LỚN Ở MIỀN NÚI PHÍA BẮC
• 3.1. Đặc điểm hiện trạng trượt đất đá khu vực MNPB
• 3.2. Phân phối thống kê về thể tích các khối trượt ở MNPB
• 3.3. Phân phối thống kê thể tích
• 3.4. Giới hạn về thể tích KTL ở MNPB
• 3.5. Đặc điểm hình thái khối trượt lớn
• 3.6. Đặc điểm hình học các KTL
• 3.7. Đặc đểm mặt trượt
• 3.8. Các loại hình khối trượt lớn
• 3.8.1. KTL dạng tịnh tiến
• 3.8.2. KTL dạng hỗn hợp
• 3.9. Diễn biến dịch chuyển của KTL
• 4. CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ HÌNH THÀNH KHỐI TRƯỢT LỚN Ở MIỀN NÚI PHÍA BẮC
• 4.1. Đặc điểm các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành KTL ở MNPB
• 4.1.1. Yếu tố thạch học
• 4.1.2. Yếu tố kiến tạo
• 4.1.3. Yếu tố vỏ phong hóa
• 4.1.4. Nhóm yếu tố địa hình
• 4.1.5. Nhóm yếu tố thủy văn
• 4.1.6. Nhóm yếu tố sử dụng đất
• 4.1.7. Yếu tố hoạt động của con người
• 4.2. Đánh giá tổng hợp tương quan thống kê của các yếu tố ảnh hưởng
• 4.2.1. Tương quan cặp đôi giữa các yếu tố ảnh hưởng
• 4.2.2. Tính đa cộng tuyến các yếu tố ảnh hưởng
• 4.2.3. Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng cho mô hình đánh giá nguy cơ
• 4.3. Kết quả đánh giá nguy cơ hình thành KTL
• 4.3.1. Đánh giá nguy cơ hình thành của KTL tại MNPB
• 4.3.2. Nhận định về quy luật phân bố KTL ở MNPB
• 4.4. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG LỰC HỌC KHỐI TRƯỢT LỚN KHU VỰC HUYỆN XÍN MẦN, TỈNH HÀ GIANG
• 4.4.1. Các biểu hiện động lực học của KTL
• 4.4.2. Hệ thống quan trắc hiện trường KTL tại XM-HG
• 4.4.3. Quan trắc địa kỹ thuật
• 4.4.4. Quan trắc bằng công nghệ radar giao thoa
• 4.4.5. Phân tích động học một số KTL dựa vào kết quả quan trắc
• 4.4.6. Ảnh hưởng của mưa và sự dao động mực nước ngầm tới vận động của KTL
• 4.4.7. Diễn biến dịch chuyển của các KTL
• 4.4.8. Phân tích động lực KTL dựa vào các mô hình Địa kỹ thuật
• 4.4.9. Phân tích ổn định KTL
• 4.4.10. Phân tích phạm vi ảnh hưởng của KTL
• 4.5. Giải pháp giảm thiểu tác động của KTL
• 4.5.1. Nâng cao hiệu quả của công tác khảo sát và khả năng nhận diện KTL
• 4.5.2. Quy hoạch sử dụng đất ở khu vực nguy cơ cao về trượt khối lớn
• 4.5.3. Giải pháp quan trắc phục vụ cảnh báo sớm
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ LIÊN QUAN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: Đặc điểm hiện trạng một số KTL ở MNPB do NCS đo vẽ, khảo sát
• PHỤ LỤC 2: Bản đồ mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến sự hình thành KTL ở MNPB
• PHỤ LỤC 3: Tổng hợp đặc điểm động học các KTL trong khu vực XM-HG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Khối Trượt Lớn ở Miền Núi Phía Bắc

Nghiên cứu về khối trượt lớn (KTL) ở miền núi phía Bắc Việt Nam trở nên cấp thiết do sự gia tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của các thảm họa thiên tai. Báo cáo của Ngân hàng Thế giới năm 2018 đã cảnh báo về nguy cơ này. Số lượng điểm trượt nhỏ có thể nhiều, nhưng tổng thể tích nhỏ hơn nhiều so với các khối trượt lớn. Mặc dù số lượng KTL không nhiều, nhưng sức tàn phá của chúng gây ra thiệt hại lớn và tốn kém hơn nhiều trong việc khắc phục hậu quả. Các tai biến địa chất này đe dọa khu dân cư, hạ tầng giao thông, ruộng bậc thang và đường dây tải điện. Nghiên cứu này tập trung vào việc làm sáng tỏ các đặc điểm hình thành và phát triển của KTL, đặc biệt tại huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang, nhằm đưa ra các giải pháp phòng chống hiệu quả.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu về trượt lở đất đá

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, nhằm làm sáng tỏ các đặc điểm hiện trạng, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển KTL ở miền núi phía Bắc. Đồng thời, nghiên cứu cũng tập trung vào đặc điểm động lực học của quá trình phát triển KTL bằng các công nghệ quan trắc hiện trường tại Xín Mần, Hà Giang. Mục tiêu cuối cùng là đề xuất các biện pháp giảm thiểu tác động của KTL, bảo vệ cộng đồng và cơ sở hạ tầng.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu khối trượt lớn

Luận án tập trung vào nghiên cứu các khối trượt lớn ở khu vực miền núi phía Bắc, đặc biệt là các KTL tại khu vực Xín Mần, Hà Giang. Phạm vi nghiên cứu không bao gồm dòng lũ bùn đá và các khối trượt hình thành do hoạt động khai thác khoáng sản, xây dựng và vận hành các công trình thủy điện - thủy lợi. Khu vực nghiên cứu bao gồm 15 tỉnh miền núi phía Bắc, với diện tích chi tiết về động lực học KTL tại Xín Mần, Hà Giang (17 xã), diện tích 582 km².

II. Cách Tiếp Cận và Phương Pháp Nghiên Cứu Khối Trượt Lớn

Nghiên cứu sử dụng cách tiếp cận hệ thống và tích hợp chuỗi thời gian để phân tích sự hình thành và phát triển của khối trượt lớn. Khung logic nghiên cứu KTL bao gồm các nhóm phương pháp khảo sát KTL, phương pháp thống kê và học máy, phương pháp quan trắc KTL và ứng dụng các phần mềm mô hình địa kỹ thuật. Các phương pháp này giúp đánh giá nguy cơ, phân tích ổn định và dự báo diễn biến của trượt lở đất đá. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại như UAV và T-InSAR cũng được chú trọng để thu thập dữ liệu chính xác và hiệu quả.

2.1. Tiếp cận hệ thống và tích hợp chuỗi thời gian

Cách tiếp cận hệ thống cho phép xem xét khối trượt lớn như một hệ thống phức tạp, chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Tiếp cận tích hợp chuỗi thời gian giúp theo dõi và phân tích diễn biến của KTL theo thời gian, từ đó hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và phát triển của chúng. Khung logic nghiên cứu KTL được xây dựng dựa trên các nguyên tắc này, đảm bảo tính toàn diện và hệ thống của nghiên cứu.

2.2. Các phương pháp khảo sát và phân tích dữ liệu

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp khảo sát và phân tích dữ liệu khác nhau, bao gồm khảo sát địa chất công trình, phân tích thống kê, học máy và quan trắc hiện trường. Các phương pháp này giúp thu thập thông tin về đặc điểm địa chất, địa hình, thủy văn, khí hậu và hoạt động của con người, từ đó đánh giá nguy cơ và phân tích ổn định của khối trượt lớn. Ứng dụng các phần mềm mô hình địa kỹ thuật cũng được sử dụng để mô phỏng và dự báo diễn biến của KTL.

2.3. Ứng dụng công nghệ quan trắc hiện đại

Việc ứng dụng công nghệ quan trắc hiện đại như UAV và T-InSAR giúp thu thập dữ liệu chính xác và hiệu quả về khối trượt lớn. UAV được sử dụng để chụp ảnh và xây dựng mô hình số độ cao (DEM) của khu vực nghiên cứu. T-InSAR được sử dụng để theo dõi dịch chuyển của KTL theo thời gian. Dữ liệu thu thập được từ các công nghệ này được sử dụng để đánh giá nguy cơ, phân tích ổn định và dự báo diễn biến của KTL.

III. Đặc Điểm Hình Thái và Diễn Biến Khối Trượt Lớn ở Miền Bắc

Các khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc có đặc điểm hình thái đa dạng, bao gồm cả trượt tịnh tiến và trượt hỗn hợp. Mặt trượt thường trùng với mặt không liên tục về thành phần thạch học hoặc khe nứt kiến tạo. Diễn biến dịch chuyển của KTL thường không đồng đều và không liên tục, chịu ảnh hưởng lớn của mưa lớn và sự dao động mực nước ngầm. Việc xác định đặc điểm hình thái và diễn biến của KTL là rất quan trọng để đánh giá nguy cơ và đề xuất các biện pháp phòng chống hiệu quả.

3.1. Phân loại và đặc điểm hình học của khối trượt lớn

Các khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm loại hình trượt, kích thước và hình dạng. Về hình học, KTL thường có chiều dài, chiều rộng và chiều sâu lớn, với thể tích vượt quá 4.500m3. Mặt trượt thường có hình dạng phức tạp, không đồng đều, và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố địa chất và địa hình.

3.2. Ảnh hưởng của yếu tố địa chất và thủy văn

Yếu tố địa chất và thủy văn có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và phát triển của khối trượt lớn. Thành phần thạch học, cấu trúc địa chất và vỏ phong hóa có thể tạo ra các mặt trượt tiềm năng. Mưa lớn và sự dao động mực nước ngầm có thể làm tăng áp lực nước lỗ rỗng và giảm độ ổn định của mái dốc, dẫn đến trượt lở đất đá.

3.3. Diễn biến dịch chuyển và các yếu tố tác động

Diễn biến dịch chuyển của khối trượt lớn thường không đồng đều và không liên tục. Tốc độ dịch chuyển có thể thay đổi theo thời gian, tùy thuộc vào các yếu tố như lượng mưa, mực nước ngầm và hoạt động của con người. Việc theo dõi và phân tích diễn biến dịch chuyển của KTL là rất quan trọng để dự báo nguy cơ và đề xuất các biện pháp phòng chống kịp thời.

IV. Đánh Giá Nguy Cơ Hình Thành Khối Trượt Lớn ở Miền Bắc

Đánh giá nguy cơ hình thành khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc cần xem xét nhiều yếu tố ảnh hưởng, bao gồm yếu tố thạch học, kiến tạo, vỏ phong hóa, địa hình, thủy văn, sử dụng đất và hoạt động của con người. Các mô hình thống kê và học máy được sử dụng để đánh giá tổng hợp tương quan giữa các yếu tố này và nguy cơ hình thành KTL. Kết quả đánh giá nguy cơ giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao và đề xuất các biện pháp phòng chống ưu tiên.

4.1. Các yếu tố tự nhiên và nhân tạo ảnh hưởng

Các yếu tố tự nhiên như thạch học, kiến tạo, vỏ phong hóa, địa hình và thủy văn có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành khối trượt lớn. Hoạt động của con người như phá rừng, xây dựng công trình và khai thác khoáng sản cũng có thể làm tăng nguy cơ trượt lở đất đá. Việc xem xét đầy đủ các yếu tố này là rất quan trọng để đánh giá nguy cơ một cách chính xác.

4.2. Ứng dụng mô hình thống kê và học máy

Các mô hình thống kê và học máy như hồi quy logistic, máy vector hỗ trợ (SVM) và mạng neural nhân tạo (ANN) được sử dụng để đánh giá tổng hợp tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng và nguy cơ hình thành khối trượt lớn. Các mô hình này giúp xác định các yếu tố quan trọng nhất và dự báo nguy cơ một cách khách quan và hiệu quả.

4.3. Bản đồ nguy cơ và phân vùng cảnh báo trượt lở

Kết quả đánh giá nguy cơ được sử dụng để thành lập bản đồ nguy cơ hình thành khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc. Bản đồ này giúp phân vùng cảnh báo và xác định các khu vực có nguy cơ cao, từ đó đề xuất các biện pháp phòng chống ưu tiên và giảm thiểu thiệt hại do trượt lở đất đá.

V. Phân Tích Động Lực Học Khối Trượt Lớn tại Xín Mần Hà Giang

Nghiên cứu động lực học của khối trượt lớn tại Xín Mần, Hà Giang, tập trung vào các biểu hiện động lực học, hệ thống quan trắc hiện trường và phân tích động học dựa trên kết quả quan trắc. Ảnh hưởng của mưa và sự dao động mực nước ngầm đến vận động của KTL được xem xét kỹ lưỡng. Phân tích ổn định KTL dựa trên các mô hình địa kỹ thuật giúp đánh giá phạm vi ảnh hưởng và đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động của KTL.

5.1. Hệ thống quan trắc hiện trường và dữ liệu thu thập

Hệ thống quan trắc hiện trường tại Xín Mần, Hà Giang, bao gồm các thiết bị quan trắc địa kỹ thuật và công nghệ radar giao thoa (T-InSAR). Dữ liệu thu thập được bao gồm lượng mưa, áp lực nước lỗ rỗng, dịch chuyển ngang trong hố khoan và dịch chuyển bề mặt. Dữ liệu này được sử dụng để phân tích động học và đánh giá ổn định của khối trượt lớn.

5.2. Ảnh hưởng của mưa và mực nước ngầm

Mưa lớn và sự dao động mực nước ngầm có ảnh hưởng lớn đến vận động của khối trượt lớn. Mưa lớn có thể làm tăng áp lực nước lỗ rỗng và giảm độ ổn định của mái dốc. Sự dao động mực nước ngầm có thể gây ra các chu kỳ thấm ướt và khô hạn, làm suy yếu đất đá và tăng nguy cơ trượt lở.

5.3. Phân tích ổn định và phạm vi ảnh hưởng

Phân tích ổn định khối trượt lớn dựa trên các mô hình địa kỹ thuật giúp đánh giá phạm vi ảnh hưởng và đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động của KTL. Các mô hình này xem xét các yếu tố như hình dạng mái dốc, thành phần đất đá, áp lực nước lỗ rỗng và lực cắt. Kết quả phân tích giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao và đề xuất các biện pháp phòng chống phù hợp.

VI. Giải Pháp Giảm Thiểu Tác Động Khối Trượt Lớn ở Miền Bắc

Để giảm thiểu tác động của khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc, cần nâng cao hiệu quả công tác khảo sát và nhận diện KTL, quy hoạch sử dụng đất hợp lý, xây dựng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo sớm và áp dụng các giải pháp công trình và phi công trình. Việc kết hợp các giải pháp này giúp giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản do trượt lở đất đá.

6.1. Nâng cao hiệu quả khảo sát và nhận diện

Nâng cao hiệu quả công tác khảo sát và nhận diện khối trượt lớn là rất quan trọng để đánh giá nguy cơ và đề xuất các biện pháp phòng chống kịp thời. Cần sử dụng các phương pháp khảo sát hiện đại như UAV, T-InSAR và phân tích ảnh viễn thám để xác định các khu vực có nguy cơ cao và đánh giá đặc điểm của KTL.

6.2. Quy hoạch sử dụng đất và tái định cư

Quy hoạch sử dụng đất hợp lý và tái định cư dân cư khỏi các khu vực có nguy cơ cao là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động của khối trượt lớn. Cần xây dựng các khu dân cư an toàn và bền vững, đồng thời bảo vệ rừng và đất đai để giảm thiểu nguy cơ trượt lở đất đá.

6.3. Hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm

Xây dựng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo sớm là rất quan trọng để giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản do khối trượt lớn. Hệ thống này cần bao gồm các thiết bị quan trắc địa kỹ thuật, công nghệ radar giao thoa và hệ thống truyền tin và cảnh báo kịp thời.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Hiện tượng trượt đất đá tại khu vực miền núi phía Bắc (MNPB) Việt Nam đang có xu hướng diễn biến phức tạp và gây ra thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Báo cáo năm 2018 của Ngân hàng Thế giới ghi nhận thảm họa thiên tai tại Việt Nam có chiều hướng gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ. Theo kết quả điều tra của Đề án "Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt đất đá các vùng miền núi Việt Nam", số lượng các điểm trượt quy mô nhỏ và rất nhỏ chiếm số lượng lớn nhưng tổng thể tích lại nhỏ hơn nhiều so với các khối trượt lớn (KTL). Mặc dù tần suất xuất hiện của KTL không nhiều, sự cố mất ổn định của các khối trượt này gây ra sức tàn phá nặng nề đối với khu dân cư, hạ tầng giao thông, hệ thống truyền tải điện và đất canh tác. Các sự kiện điển hình được ghi nhận gồm có: đợt mưa lớn năm 2007–2008 tại thị trấn Cốc Pài (huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang), nơi trụ sở Ủy ban nhân dân huyện và các phòng ban nằm trọn trên một khối trượt có chiều dài 350–500 m, chiều rộng 150–200 m; vụ sạt trượt tại chợ Tân Sơn (xã Nấm Dẩn) vào tháng 7 năm 2012 làm sập đổ hoàn toàn nhà ở của 5 hộ dân và phá hủy một phần khu chợ; cùng hàng loạt KTL khác phân bố tại các xã Bản Díu, Chế Là, Quảng Nguyên, Nà Chì.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định xuất phát từ thực tế: các công trình trước đây phần lớn mới dừng lại ở việc khảo sát, mô tả hiện trạng đơn lẻ cho từng điểm sạt trượt cụ thể mà chưa có sự hệ thống hóa các đặc trưng hình thái, thể tích và cơ chế phát triển KTL trên quy mô toàn vùng MNPB. Đồng thời, việc ứng dụng các mô hình học máy kết hợp phân tích thống kê không gian để đánh giá nguy cơ trượt khối lớn còn hạn chế; công tác quan trắc hiện trường dài hạn bằng thiết bị địa kỹ thuật chuyên sâu nhằm lượng hóa các thông số kích hoạt tức thời (đặc biệt là biến thiên áp lực nước lỗ rỗng) phục vụ cảnh báo sớm vẫn chưa được thiết lập đồng bộ.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm:

1. Làm sáng tỏ đặc điểm hiện trạng, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển KTL ở MNPB.
2. Làm sáng tỏ đặc điểm động lực học của quá trình phát triển KTL bằng các công nghệ quan trắc hiện trường tại huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang (XM-HG).

Các luận điểm bảo vệ của luận án được xác định gồm:

• Luận điểm 1: Khối trượt lớn ở khu vực MNPB được đặc trưng bởi thể tích lớn hơn 4.500 m³, phần lớn thuộc loại trượt tịnh tiến và hỗn hợp, có mặt trượt trùng với mặt không liên tục về thành phần thạch học hoặc khe nứt kiến tạo.
• Luận điểm 2: Kiến tạo, thạch học, độ dốc địa hình và hoạt động nhân sinh được xác định là các yếu tố chính dẫn đến sự hình thành KTL ở MNPB dựa trên cơ sở phân tích tổng hợp các mô hình thống kê và học máy.
• Luận điểm 3: Dịch chuyển khối trượt lớn tại XM-HG là quá trình không đồng nhất, không liên tục, trong đó dịch chuyển tăng lên đáng kể khi hệ số áp lực nước lỗ rỗng ($r_u$) ở vị trí mặt trượt $\ge 0,53$.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các KTL ở khu vực MNPB và nghiên cứu chi tiết động lực học KTL tại địa bàn huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang. Giới hạn đối tượng nghiên cứu loại trừ: dòng lũ bùn đá, các khối trượt hình thành trực tiếp do hoạt động khai thác khoáng sản, xây dựng và vận hành các công trình thủy điện - thủy lợi.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát 15 tỉnh MNPB (Hà Giang, Cao Bằng, Lào Cai, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Tuyên Quang, Yên Bái, Thái Nguyên, Phú Thọ, Bắc Giang, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Hòa Bình, Quảng Ninh) với tổng diện tích 95.860 km²; phạm vi nghiên cứu chi tiết tập trung tại huyện Xín Mần gồm 17 đơn vị hành chính cấp xã, diện tích 582 km². Phạm vi thời gian sử dụng chuỗi số liệu khảo sát, thu thập và kế thừa từ năm 2002 đến năm 2021; dữ liệu quan trắc địa kỹ thuật hiện trường chuyên sâu được duy trì thực hiện liên tục từ năm 2017 đến năm 2021.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới cho thấy khái niệm và phân loại trượt đất đá đã được phát triển qua nhiều giai đoạn. David Varnes (1958) đặt nền móng phân loại trượt đất đá dựa trên loại vật liệu và kiểu dịch chuyển, sau đó được Cruden & Varnes (1996) hoàn thiện định nghĩa chuẩn hóa cho Hiệp hội Quốc tế về Trượt đất đá (ICL). Agliardi (2012) mô tả KTL là các khối đất đá dịch chuyển có thể tích lớn, mặt trượt sâu và vận tốc chậm kéo dài. Lo (2017) khảo sát tại Đài Loan đưa ra tiêu chí KTL có diện tích bề mặt lớn hơn 10 ha và chiều sâu mặt trượt trên 5 m. Roering và cộng sự (2015) xác định ngưỡng diện tích bề mặt KTL lớn hơn 0,1 km². Lômtadze (1979) định nghĩa khối trượt dựa trên sự phá hủy cân bằng sườn dốc dưới tác động của trọng lực, áp lực thủy động và hoạt động kiến tạo. Fell (1994) và ICL phân cấp thể tích trượt đất đá thành 7 mức độ khác nhau:

Cấp phân loại	Thể tích theo ICL ($m^3$)	Thể tích theo Fell (1994) ($m^3$)	Thể tích theo Lômtadze ($m^3$)	Mô tả quy mô
Cấp 7	$> 10^8$	$> 5 \times 10^6$	$> 200.000$	Đặc biệt lớn
Cấp 6	$10^7 - 10^8$	$10^6 - 5 \times 10^6$	-	Rất lớn
Cấp 5	$10^6 - 10^7$	$25 \times 10^4 - 10^6$	$> 1.000$	Lớn
Cấp 4	$10^5 - 10^6$	$5 \times 10^4 - 25 \times 10^4$	-	Trung bình – Lớn
Cấp 3	$10^4 - 10^5$	$5 \times 10^3 - 5 \times 10^4$	$200 - 1.000$	Trung bình
Cấp 2	$10^3 - 10^4$	$500 - 5.000$	$10 - 200$	Nhỏ
Cấp 1	$< 10^2$	$< 500$	$< 10$	Rất nhỏ

Về cơ chế dịch chuyển, Leroueil (2001) mô hình hóa 4 giai đoạn phát triển của khối trượt: tiền mất ổn định, bắt đầu mất ổn định, sau khi mất ổn định và kích hoạt lại. Về phương pháp khảo sát và mô phỏng, Barry Voight (1978) khởi xướng việc quan trắc cơ chế KTL tại Bắc Mỹ; Strozzi và cộng sự (2013) dùng 205 bộ ảnh bay chụp qua 50 năm để phân tích KTL Osco (Thụy Sỹ); Chen (2016) sử dụng thiết bị bay không người lái (UAV) quan trắc sự mở rộng vách trượt Tsaoling (Đài Loan) từ năm 1931 đến 2002; Crosta và cộng sự (2002), Doug Stead (2013) ứng dụng phần tử hữu hạn phân tích ứng suất và nước ngầm; Moriwaki và cộng sự (2004) dùng máng trượt mưa nhân tạo nghiên cứu sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng; Oldrich Hungr (1995) thiết lập mô hình dòng chảy cho khối trượt lở tuyết, tiền thân của phần mềm LS-Rapid. Về quan trắc, hệ thống cảm biến GPRS tại Khai Dương (Quý Châu, Trung Quốc) và công nghệ radar giao thoa mặt đất T-InSAR tại tu viện Scholastica (Subiaco, Italia) đã chứng minh hiệu quả trong việc đo chuyển vị bề mặt.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu địa chất công trình truyền thống của Nguyễn Thanh, Hồ Chất từ trước năm 1990 tập trung vào hiện trạng sạt trượt phục vụ công trình khai khoáng và tái định cư. Sau năm 1990, các nghiên cứu xử lý nứt trượt đồi Khau Cả, đồi Khí Tượng (Sơn La) và đồi Ông Tượng (Hòa Bình) của Viện Địa chất làm rõ vai trò của đới đứt gãy kiến tạo và tác động nhân sinh (chiếm 85% vị trí trượt dọc taluy đường giao thông). Đề án 15 tỉnh MNPB do Lê Quốc Hùng chủ trì xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) trượt lở nhưng còn hạn chế trong việc phân loại chi tiết KTL. Đề tài VT/UD-03/13-15 của Trần Quốc Cường đã ứng dụng ảnh viễn thám nhận diện cấu trúc địa chất tai biến. Đề tài ĐTĐL.CN-23/17 tại Quảng Nam ghi nhận các KTL dọc Quốc lộ 40B, đường Hồ Chí Minh và hiện tượng trượt đất tạo sóng thần trên sông Trường. Về mô hình số và quan trắc, Bùi Tiến Diệu và cộng sự (2016) so sánh chỉ số thống kê (LSI) và hồi quy logistic tại Hòa Bình; Đỗ Minh Đức và cộng sự (2013, 2018) nghiên cứu ổn định mái dốc và ngưỡng mưa kích hoạt; Đoàn Huy Lợi và cộng sự (2017) mô phỏng dòng bùn đá; các hệ thống quan trắc inclinometer và piezometer tự động từng bước được lắp đặt tại Đồi Ông Tượng (2005) và thị trấn Cốc Pài (đề tài KC.33/06-10).

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết bao gồm:

• Xác lập tiêu chí thể tích định lượng để nhận diện và khoanh vùng KTL đặc thù cho vùng MNPB thay vì áp dụng nguyên mẫu các bảng phân loại quốc tế.
• Khắc phục hiện tượng đa cộng tuyến giữa các biến điều kiện tự nhiên - nhân sinh trong đánh giá nguy cơ trượt quy mô toàn vùng bằng cách kết hợp trung bình hóa mô hình theo Bayes (BMA) với các thuật toán học máy (SVM, ANN, Stacking Ensemble).
• Lượng hóa tương quan chuỗi thời gian giữa dao động áp lực nước lỗ rỗng ($u_w$, $r_u$) và vận tốc dịch chuyển sâu trong hố khoan tại khu vực huyện Xín Mần, thiết lập ngưỡng giá trị phục vụ cảnh báo sớm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án áp dụng hai cách tiếp cận chủ đạo:

1. Tiếp cận phân tích hệ thống (Hoàng Tụy, 1987): Coi sự hình thành và phát triển của KTL là một hệ thống mở trong môi trường tự nhiên, vận hành theo toán tử chuyển trạng thái: $$x(t_s) = G(x(t_0), u(.), t_0, t_s)$$ Trong đó $x(t_0)$ là trạng thái ban đầu, $u(.)$ là tập hợp các tác động điều khiển nằm trong không gian hàm $U = {u_1(x), u_2(x, t), u_3(x, t)}$:

• $u_1(x)$: Các yếu tố biến đổi rất chậm hoặc không đổi theo thời gian (thành phần thạch học, cấu trúc kiến tạo, cấu trúc vỏ phong hóa, hình thái địa hình).
• $u_2(x, t)$: Các yếu tố biến đổi chậm theo không gian và thời gian (thủy văn, khí hậu, hiện trạng sử dụng đất, hoạt động xây dựng công trình).
• $u_3(x, t)$: Các yếu tố biến đổi rất nhanh theo thời gian (các trận mưa cực đoan, áp lực dòng thấm tức thời).

Nhóm biến tác động	Yếu tố môi trường	Rất chậm	Chậm	Nhanh	Rất nhanh
$u_1(x)$ (Hình thành)	Thạch học, Kiến tạo, Vỏ phong hóa, Địa hình	x	-	-	-
$u_2(x, t)$ (Hình thành/Môi trường)	Thủy văn, Sử dụng đất, Hoạt động nhân sinh	-	x	x	-
$u_2(x, t)$ (Hình thành)	Khí hậu (lượng mưa trung bình năm)	-	x	-	-
$u_3(x, t)$ (Kích hoạt)	Mưa trận, Áp lực nước lỗ rỗng tức thời	-	-	-	x

2. Tiếp cận tích hợp chuỗi thời gian: Lồng ghép các dữ liệu ghi nhận không đồng nhất (dữ liệu viễn thám đa thời kỳ, quan trắc mưa tự động theo giờ, số liệu đo nghiêng inclinometer và áp lực nước piezometer theo ngày/chu kỳ) để tái hiện diễn biến dịch chuyển chậm và các pha chuyển dịch gia tốc của khối trượt.

Khung logic nghiên cứu triển khai qua 8 bước: (1) Tổng hợp CSDL hiện trạng trượt; (2) Phân tích tương quan, đa cộng tuyến (VIF) và thành phần chính (PCA); (3) Xây dựng mô hình nhạy cảm/nguy cơ tối ưu bằng BMA, hồi quy logistic, SVM, ANN; (4) Tổng hợp sự kiện và thống kê phạm vi ảnh hưởng; (5) Phân tích chuỗi thời gian dữ liệu quan trắc địa kỹ thuật; (6) Mô phỏng số ổn định (Seep/W, Slope/W) và phạm vi vận động (LS-Rapid); (7) Phân tích chi tiết cấu trúc địa chất tại các điểm trượt đại diện; (8) Đề xuất giải pháp nhận diện, quy hoạch và cảnh báo sớm.

Hệ phương pháp nghiên cứu cụ thể gồm:

• Phương pháp khảo sát thực địa: Đo vẽ, lập phiếu điều tra cho 26 KTL; điều tra phỏng vấn nhân dân địa phương; khoan khảo sát sâu bằng máy khoan XJ-1A (sử dụng ống nòng đôi T6, không dùng dung dịch khoan, lưu mẫu nguyên dạng vào khay chuẩn 5 m) tại 2 vị trí KTL Tân Sơn và Díu Thượng; mô tả vỏ phong hóa (VPH) theo bảng phân loại 6 đới của Garet Hearn (1995):

Ký hiệu	Tên lớp phong hóa	Đặc điểm nhận dạng thạch học và cấu trúc
edQ	Đất sườn - tàn tích	Vật liệu vụn thô lẫn lộn cuội tảng, dịch chuyển hoặc lắng đọng trên sườn.
VI	Phong hóa triệt để	Đá gốc bị biến đổi hoàn toàn thành đất, mất kiến trúc ban đầu.
V	Phong hóa hoàn toàn	Đá gốc chuyển thành đất mịn nhưng còn giữ vết tích cấu trúc khối gốc.
IV	Phong hóa mạnh	Trên 50% khối đá chuyển thành đất, đá biến đổi màu sắc phân bố gián đoạn.
III	Phong hóa trung bình	Dưới 50% khối đá bị biến thành đất, đá nứt nẻ, phân bố liên tục.
II	Phong hóa yếu	Đá nứt nẻ nhẹ, đổi màu dọc khe nứt, tính chất cơ lý suy giảm ít.
I	Đá tươi	Đá nguyên khối, không có biểu hiện phong hóa hóa học hoặc cơ học.

• Phương pháp UAV và xử lý ảnh: Sử dụng thiết bị bay tự động chụp ảnh độ phân giải cao; xử lý dữ liệu bằng phần mềm Agisoft Metashape dựa trên phương pháp tam giác không gian ảnh và bình sai đa tia, thành lập mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM) và ảnh trực giao (Orthomosaic). Ước lượng thể tích hình học theo công thức của Jaboyedoff và cộng sự (2020): $$V = \frac{\pi}{6} \times D \times W \times L$$
• Phương pháp thống kê và học máy: Ứng dụng kiểm định phân phối Cullen & Frey xác định hàm phân phối thể tích; phân tích tương quan Pearson/Spearman; kiểm định hệ số lạm phát phương sai (VIF) nhằm loại bỏ đa cộng tuyến; chạy hồi quy logistic qua BMA, mạng neural nhân tạo (ANN), máy vector hỗ trợ (SVM) và mô hình Stacking Ensemble trên phần mềm chuyên dụng; kiểm tra độ chính xác bằng ma trận nhầm lẫn, chỉ số Cohen's Kappa, đường cong ROC và chỉ số AUC.
• Nhóm phương pháp quan trắc hiện trường: Lắp đặt cảm biến piezometer đo áp lực nước lỗ rỗng ($u_w$, PWP), cảm biến inclinometer đo chuyển vị ngang theo chiều sâu thân hố khoan; kết hợp trạm đo mưa tự động Imetos và công nghệ radar giao thoa mặt đất T-InSAR đối sánh độ dịch chuyển.
• Nhóm mô hình số địa kỹ thuật: Sử dụng bộ phần mềm GeoStudio (phân hệ Seep/W mô phỏng áp lực nước lỗ rỗng và Slope/W kiểm toán hệ số ổn định $FoS$ theo phương pháp cân bằng giới hạn Morgenstern-Price); ứng dụng phần mềm LS-Rapid tích hợp các thông số thí nghiệm cắt xoay vòng trong phòng để mô phỏng động học sạt lở và phạm vi ảnh hưởng ($L_f$).

Nguồn tư liệu, dữ liệu sử dụng:

• CSDL hiện trạng trượt đất đá kế thừa từ Đề án 15 tỉnh MNPB do Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản thực hiện.
• 19 tờ bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1:200.000 xuất bản năm 2005.
• 51 tấm ảnh vệ tinh Alos Palsar năm 2010 độ phân giải $12,5 \times 12,5$ m do NASA và JAXA cung cấp.
• Ảnh viễn thám Landsat 8 (thu nhận từ ngày 03/12/2019 đến 26/12/2019) phục vụ chiết xuất chỉ số thực vật NDVI.
• Bản đồ địa hình, hệ thống giao thông, mạng lưới sông suối tỷ lệ 1:50.000.
• Bản đồ đẳng mưa từ Atlas khí hậu và số liệu quan trắc mưa giờ của các trạm khí tượng thủy văn khu vực Việt Bắc.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu về khối trượt lớn trên thế giới và Việt Nam

Chương này tổng kết toàn diện các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về trượt đất đá khối lớn. Tác giả phân tích các khái niệm từ Varnes (1958), Cruden & Varnes (1996), Lômtadze (1979) đến Agliardi (2012), làm rõ sự khác biệt giữa trượt sâu và trượt nông. Luận án tổng hợp bảng phân loại thể tích quốc tế của Fell (1994) và ICL, nhấn mạnh rằng KTL thường có vận tốc dịch chuyển phức tạp, từ trượt chậm tích lũy biến dạng đến sụt trượt nhanh bất ngờ. Chương 1 điểm lại các phương pháp khảo sát hiện trạng (khoan nòng ba kết hợp dung dịch polymer của JICA tại Đèo Hải Vân, ảnh bay chụp đa thời kỳ tại Thụy Sỹ và Đài Loan), các cách tiếp cận lập bản đồ nguy cơ (USGS California, AHP, hồi quy logistic, SVM, ANN), các mô hình mô phỏng ổn định và động lực học (Crosta, Moriwaki, LS-Rapid của Oldrich Hungr). Đối với Việt Nam, tác giả tổng kết các kết quả quan trắc tại Đồi Ông Tượng (Hòa Bình), Cốc Pài (Hà Giang) và tai biến trượt lở tại Quảng Nam, qua đó chỉ ra 3 vấn đề then chốt cần giải quyết: định lượng ranh giới thể tích KTL cho vùng MNPB, tối ưu hóa mô hình đánh giá nguy cơ trên diện rộng và tích hợp chuỗi thời gian quan trắc địa kỹ thuật để xác định ngưỡng kích hoạt trượt tại huyện Xín Mần.

Chương 2. Cách tiếp cận và hệ phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày chi tiết cơ sở phương pháp luận và các công cụ kỹ thuật thực hiện. Tác giả luận chứng cách tiếp cận phân tích hệ thống dựa trên mô hình toán tử chuyển trạng thái của Hoàng Tụy (1987) nhằm phân tách 8 nhóm yếu tố tác động vào hệ thống ($u_1, u_2, u_3$). Tiếp cận tích hợp chuỗi thời gian được thiết lập để kết nối dữ liệu quan trắc liên tục với các sự kiện sạt trượt trong quá khứ. Khung logic nghiên cứu 8 bước được cụ thể hóa bằng hệ phương pháp: khảo sát đo vẽ thực địa 26 KTL; quy trình khoan khảo sát bằng máy XJ-1A lấy mẫu nòng đôi T6 mô tả 6 đới VPH theo Garet Hearn; quy trình bay chụp UAV và xử lý mô hình bề mặt DSM/DEM trên Agisoft Metashape bằng phương pháp bình sai đa tia; thuật toán BMA kết hợp kiểm định đa cộng tuyến VIF nhằm lựa chọn biến tối ưu cho các mô hình máy học (Logistic, SVM, ANN); quy chuẩn thiết kế, lắp đặt trạm quan trắc hiện trường (piezometer, inclinometer, T-InSAR); quy trình kiểm toán ổn định mái dốc bằng Seep/W, Slope/W và mô phỏng động học trượt dòng chảy hạt bằng LS-Rapid dựa trên thí nghiệm cắt xoay vòng.

Chương 3. Đặc điểm các khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc

Chương 3 tập trung làm sáng tỏ đặc trưng hình thái, cấu trúc và phân phối quy mô của KTL tại MNPB. Dựa trên CSDL trượt lở toàn vùng, tác giả áp dụng biểu đồ kiểm định Cullen & Frey đối với logarit thể tích khối trượt ($V_{log}$), chứng minh dữ liệu tuân theo phân phối tiệm cận Log-normal và Beta. Từ phân phối mật độ xác suất xuất hiện, luận án xác định giá trị ranh giới thể tích KTL ở MNPB là $V \ge 4.500 \text{ m}^3$. Kết quả khảo sát đo vẽ chi tiết 26 KTL điển hình cho thấy chiều sâu mặt trượt ($D_r$) biến thiên từ 5 m đến hơn 20 m. Về hình thái, KTL đặc trưng bởi vách trượt chính dạng vòm cung, bề mặt thân trượt gồ ghề dạng gợn sóng, xuất hiện nhiều vách trượt thứ cấp (như vách trượt cao 1,5 m tại Bắc Yên, Sơn La) và các rãnh xói sâu từ 0,5 m đến hơn 2 m (như tại chợ Tân Sơn, Nấm Dẩn). Phân tích 6 mặt cắt VPH điển hình (Díu Hạ, Bắc Yên, Nậm Búng, Thác Khanh, Móng Sến, Cốc Pài, Chế Cu Nha) chứng minh mặt trượt của KTL phần lớn không nằm trong tầng đất bở rời đồng nhất mà trùng khớp với các mặt không liên tục về thành phần thạch học, mặt tiếp xúc giữa đới VPH triệt để/hoàn toàn (lớp VI, V) với đá gốc phong hóa yếu (lớp II, III), hoặc phát triển dọc theo hệ thống khe nứt kiến tạo. Về loại hình, trượt tịnh tiến và trượt hỗn hợp chiếm tỷ lệ áp đảo. Diễn biến dịch chuyển KTL mang tính mở rộng liên tiếp qua thời gian, điển hình như KTL Chế Cu Nha (Mù Cang Chải) mở rộng quy mô rõ rệt qua các mốc ảnh vệ tinh năm 2010, 2016 và 2020.

Chương 4. Đánh giá nguy cơ hình thành khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc

Chương 4 phân tích mối quan hệ giữa hiện trạng phân bố KTL với 14 yếu tố ảnh hưởng thuộc các nhóm: thạch học (thành phần đá, khoảng cách ranh giới thạch học), kiến tạo (khoảng cách đứt gãy), địa hình (cao độ, hướng dốc, độ dốc, độ cong ngang, độ cong dọc, độ sâu thung lũng, chỉ số ẩm ướt địa hình TWI), thủy văn (khoảng cách sông suối, lượng mưa trung bình năm, lượng mưa trận lớn nhất), thảm phủ (chỉ số NDVI) và nhân sinh (khoảng cách đường giao thông). Phân tích tương quan cặp đôi và kiểm định đa cộng tuyến (VIF) được thực hiện để loại bỏ các biến phụ thuộc. Phương pháp BMA được ứng dụng để sàng lọc tổ hợp biến tối ưu cho mô hình hồi quy logistic. Kết quả phân tích xác định 4 nhóm yếu tố chi phối mạnh nhất đến sự hình thành KTL tại MNPB gồm: cấu trúc kiến tạo (đới dập vỡ đứt gãy), thành phần thạch học (đá biến chất, đá gắn kết yếu), độ dốc địa hình và hoạt động nhân sinh (đặc biệt là việc bạt mái taluy làm đường giao thông). Tác giả tiến hành huấn luyện (80% dữ liệu) và kiểm định (20% dữ liệu) trên 4 mô hình: Hồi quy Logistic, SVM, ANN và mô hình tổng hợp xếp chồng (Stacking Ensemble). Kết quả đánh giá bằng đường cong ROC cho thấy các mô hình đều đạt chỉ số diện tích dưới đường cong AUC $> 0,80$, trong đó mô hình học máy cho độ tin cậy phân tách không gian cao nhất. Bản đồ nguy cơ hình thành KTL tỷ lệ 1:200.000 được thành lập, chỉ rõ các diện tích có nguy cơ rất cao và cao tập trung dọc theo các đới đứt gãy lớn và các hành lang giao thông huyết mạch.

Chương 5. Phân tích đặc điểm động lực học khối trượt lớn khu vực huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang

Chương 5 đi sâu phân tích động lực học KTL tại huyện Xín Mần dựa trên kết quả ghi đo từ trạm quan trắc hiện trường tại chợ Tân Sơn (xã Nấm Dẩn) và thôn Díu Thượng (xã Bản Díu). Trạm quan trắc được trang bị cảm biến đo mưa, piezometer đo áp lực nước lỗ rỗng ($u_w$, PWP) và inclinometer đo dịch chuyển ngang hố khoan ở các độ sâu mặt trượt, kết hợp xử lý dữ liệu viễn thám radar mặt đất T-InSAR (mốc P14 đối sánh chuyển vị từ ngày 10/08/2019 đến 04/12/2019). Chuỗi số liệu quan trắc từ năm 2017 đến năm 2021 chứng minh dịch chuyển thân khối trượt diễn ra không liên tục, phụ thuộc trực tiếp vào các đợt mưa lớn kéo dài làm dâng cao áp lực nước lỗ rỗng. Đặc biệt, tác giả phát hiện và định lượng được ngưỡng kích hoạt dịch chuyển: khi hệ số áp lực nước lỗ rỗng đạt giá trị $r_u \ge 0,53$, chuyển vị ngang cộng dồn và tốc độ dịch chuyển của khối trượt gia tăng đột biến, vận tốc nghịch đảo suy giảm nhanh chóng tiệm cận trạng thái phá hủy. Kiểm toán ổn định mái dốc bằng phần mềm Slope/W chứng minh tại thời điểm $r_u = 0,53$, hệ số an toàn ($FoS$) của KTL Tân Sơn và Díu Thượng giảm xuống dưới hoặc xấp xỉ 1,0. Mô phỏng 3D bằng phần mềm LS-Rapid (sử dụng thông số kháng cắt từ thí nghiệm cắt xoay vòng) đã xác định được vận tốc dịch chuyển, cơ chế phá hủy hóa lỏng cục bộ và khoanh vùng chính xác phạm vi ảnh hưởng ($L_f$) của vật liệu sạt trượt đối với khu dân cư. Từ các kết quả này, luận án đề xuất hệ thống giải pháp giảm nhẹ gồm: nhận diện sớm các biến dạng bề mặt (vết nứt vòm, cây nghiêng ngả, rãnh xói), điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất và thiết lập hệ thống quan trắc cảnh báo sớm dựa trên ngưỡng kích hoạt $r_u = 0,53$ kết hợp ngưỡng mưa giờ.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học của luận án bao gồm:

• Xác lập được ngưỡng định lượng thể tích KTL đặc thù cho điều kiện tự nhiên khu vực MNPB là $V \ge 4.500 \text{ m}^3$ thông qua việc phân tích phân phối thống kê thực nghiệm Cullen & Frey.
• Làm sáng tỏ cơ chế động lực học của KTL tại khu vực nghiên cứu: quá trình dịch chuyển mang tính không liên tục, xảy ra dọc theo các mặt ranh giới bất liên tục thạch học hoặc khe nứt kiến tạo, trong đó sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng đóng vai trò kích hoạt trực tiếp.
• Xác định được ngưỡng định lượng hệ số áp lực nước lỗ rỗng $r_u \ge 0,53$ tại vị trí mặt trượt nguy hiểm, thời điểm mà tốc độ dịch chuyển của KTL bắt đầu gia tăng đột biến và hệ số ổn định sườn dốc $FoS$ tiến tới trạng thái giới hạn ($FoS \le 1,0$).
• Hoàn thiện khung phương pháp luận nghiên cứu KTL bằng cách kết hợp cách tiếp cận phân tích hệ thống (Hoàng Tụy, 1987) với tiếp cận tích hợp chuỗi thời gian, liên kết phân tích không gian diện rộng với quan trắc chi tiết tại hiện trường.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng:

• Xây dựng bộ bản đồ phân vùng nguy cơ hình thành KTL tỷ lệ 1:200.000 cho 15 tỉnh MNPB dựa trên việc kết hợp phân tích thống kê đa biến (BMA, hồi quy logistic) và các thuật toán học máy (SVM, ANN, Stacking Ensemble), cung cấp tài liệu phục vụ quy hoạch lãnh thổ.
• Thiết lập thành công quy trình phân tích và tích hợp chuỗi dữ liệu quan trắc địa kỹ thuật hiện trường (piezometer, inclinometer, trạm đo mưa tự động và radar giao thoa T-InSAR) phù hợp với điều kiện vùng núi hiểm trở.
• Cung cấp cơ sở khoa học và thông số kỹ thuật ($r_u = 0,53$) phục vụ việc thiết kế, vận hành hệ thống trạm quan trắc cảnh báo sớm tai biến sạt trượt khối lớn tại huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ kết quả nghiên cứu:

• Giải pháp phi công trình: Tăng cường công tác khảo sát, nhận diện sớm các dấu hiệu mất ổn định hình thái bề mặt (vết nứt cung đỉnh, bậc sụt thứ cấp, rãnh xói xé rách sườn dốc, độ nghiêng của thảm thực vật và các vũng đọng nước trên thân trượt); tích hợp bản đồ nguy cơ KTL vào quy hoạch sử dụng đất, tuyệt đối không bố trí công trình dân sinh trọng điểm tại các cung sạt trượt cũ hoặc đới nguy cơ cao.
• Giải pháp công trình: Ưu tiên các giải pháp thoát nước nhằm triệt tiêu áp lực nước lỗ rỗng trong thân khối trượt, bao gồm hệ thống rãnh gom thoát nước mặt bằng bê tông kết hợp giếng khoan đứng hoặc khoan ngang thu nước ngầm sâu; trồng cỏ vetiver hoặc thảm phủ thực vật hạn chế xói mòn rãnh mặt sườn; hạn chế tối đa việc đào bạt chân sườn dốc nhân tạo khi thi công nâng cấp hạ tầng giao thông.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Do phạm vi nghiên cứu toàn MNPB có diện tích rộng (95.860 km²), hệ thống bản đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 chưa phủ kín toàn bộ lãnh thổ, nên việc phân tích nguy cơ diện rộng vẫn phải kế thừa nền bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000, làm giảm độ chi tiết tại một số khu vực cục bộ.
• Số liệu ghi nhận về các sự kiện động đất và tác động kích hoạt của gia tốc nền địa chấn đến ổn định KTL tại MNPB còn hạn chế, do đó luận án chưa có điều kiện xem xét và lượng hóa chi tiết yếu tố kích hoạt động đất trong các mô hình số.
• Số lượng trạm quan trắc sâu tại hiện trường mới chỉ triển khai được tại 02 vị trí đại diện (chợ Tân Sơn và thôn Díu Thượng thuộc huyện Xín Mần) do kinh phí và điều kiện thi công khoan kỹ thuật trên sườn dốc hiểm trở gặp nhiều khó khăn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Cập nhật và nâng cao độ phân giải không gian của bản đồ phân vùng nguy cơ hình thành KTL lên tỷ lệ 1:50.000 hoặc 1:25.000 khi nguồn CSDL địa chất công trình và mô hình số độ cao độ phân giải cao được hoàn thiện trên toàn quốc.
• Bổ sung các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng đánh giá tác động tương hỗ giữa chấn động địa chấn (động đất kích hoạt) và áp lực dòng thấm cực đoan do biến đổi khí hậu đối với các khối trượt sâu.
• Mở rộng mạng lưới quan trắc tự động truyền dữ liệu theo thời gian thực (qua sóng vô tuyến GPRS/IoT) cho các vị trí KTL xung yếu khác dọc các tuyến quốc lộ huyết mạch tại MNPB.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên và các nhà khoa học thuộc các chuyên ngành Địa chất học, Địa chất công trình, Địa kỹ thuật, Địa tai biến, Công trình ngầm và Mái dốc: Luận án cung cấp khung lý thuyết hệ thống, phương pháp phân tích thống kê đa biến xử lý đa cộng tuyến (BMA) và quy trình ứng dụng các mô hình học máy (SVM, ANN) trong phân tích không gian tai biến địa chất.
• Các cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai và biến đổi khí hậu (Ban Chỉ đạo Quốc gia về Phòng, chống thiên tai, Cục Quản lý Đê điều và Ph

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu về khối trượt lớn trên thế giới và Việt Nam. Cách tiếp cận và hệ phương pháp nghiên cứu. Đặc điểm các khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc.

Đánh giá nguy cơ hình thành khối trượt lớn ở miền núi phía Bắc. Phân tích đặc điểm động lực học khối trượt lớn khu vực huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHỐI TRƯỢT LỚN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1. Trên thế giới 1.

Khái niệm và phân loại KTL Trượt đất đá nói chung từ lâu đã được nhiều lĩnh vực quan tâm nghiên cứu vậy nên khái niệm về trượt đất đá cũng có nhiều quan niệm khác nhau. Trong cuốn sách “Landslide and Engineering Practice, 1958”, David Varnes đã đưa ra khái niệm đầu tiên về trượt đất đá và phân loại hiện tượng trượt đất đá theo loại vật liệu (đá gốc, đất và hỗn hợp đất đá) và kiểu dịch chuyển (đổ lở, trượt, chảy). Khái niệm trượt này khá rộng và bao hàm cả lũ bùn đá, đá đổ, lở tuyết nên đã gây ra nhiều ý kiến và chỉ trích mặc dù trượt đất đá đều gián tiếp liên quan đến các hiện tượng kể trên. Sau đó, nhóm công tác về giảm nhẹ thảm hoạ thiên nhiên của UNESCO đã điều chỉnh các thuật ngữ mô tả hiện tượng trượt đất đá, nhất là: cấu trúc, kích thước, vận tốc, trạng thái hoạt động của khối trượt.

Từ đó, Cruden & Varnes (1996) [1] đã hoàn thiện định nghĩa trượt đất đá là "Sự di chuyển của khối đất đá hoặc mảnh vụn xuống dưới sườn dốc". Đây là cơ sở rất quan trọng trong lịch sử phát triển của lĩnh vực nghiên cứu trượt đất đá và hiện được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu về trượt đất đá. Trượt đất đá được nghiên cứu ở nhiều quốc gia với các điều kiện môi trường rất khác nhau, từ các khu vực núi cao đến các khu vực ven biển, từ khu vực rất ẩm ướt hoặc mưa nhiều đến khu vực rất khô, và từ khu vực có hoạt động địa chấn hay núi lửa đến các khu vực hoạt động kiến tạo ít ảnh hưởng. Một số KTL không chỉ là kết quả của một chuỗi đa thiên tai mà còn được gây ra bởi các hoạt động của con người như làm đường giao thông và đường sắt, khai thác khoáng sản và mở rộng khu vực đô thị.

Tai biến trượt đất đá được nhiều cơ quan chính phủ, bộ ngành, viện nghiên cứu quan tâm giải quyết. Tổng hợp các nghiên cứu cho thấy rằng để nhận diện nguyên nhân, đề xuất giải pháp và ứng phó với hiện tượng trượt đất đá cần tích hợp từ nhiều lĩnh vực (Hình 1. Do sự khác biệt về điều kiện tự nhiên của mỗi vùng, khái niệm về KTL trên thế giới cũng có sự khác nhau. Qua tổng hợp, một số tác giả đã đưa ra khái niệm về KTL đáng quan tâm có thể kể đến như: - Agliardi (2012) [2] đã mô tả KTL là những chuyển động có thể tích lớn.

Chúng được tìm thấy trong hầu hết các loại đất đá, với phạm vi hình thành không liên 7 tục và kém xác định, thể tích lớn, chiều sâu mặt trượt lớn và tốc độ di chuyển tương đối thấp trong thời gian dài. - Lo (2017) [3] đã tổng hợp các trường hợp trượt đất đá ở Đài Loan và cho rằng KTL có mặt trượt nằm trong đá gốc, vật liệu trượt bị đưa đi với khoảng cách lớn, diện tích bề mặt lớn hơn 10ha, chiều sâu mặt trượt lớn hơn 5m. - Roering & nnk (2015) [4] cho rằng sự xuất hiện và hoạt động của KTL là hiện tượng đất đá dịch chuyển trên diện tích bề mặt lớn hơn 0,1 km2, vật liệu trượt bị đưa đi với khoảng cách lớn, chịu nhiều ảnh hưởng của yếu tố môi trường và địa chất. KTL là kết quả của sự kết hợp của nhiều yếu tố, từ yếu tố điều kiện làm sườn dốc bị mất ổn định (như mương xói, hình dạng sườn dốc, cấu trúc địa chất, suy giảm độ bền cắt) tới các yếu tố tức thời (thủy văn và địa chấn).

Tính tích hợp liên ngành trong nghiên cứu trượt đất đá [5] Nhìn nhận theo khía cạnh khác, Lômtadze (1979) [6] định nghĩa “Khối trượt là khối đất đã hoặc đang trườn về phía dưới sườn dốc 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 khối trượt là kết quả của quá trình địa chất, biểu hiện ở sự dịch chuyển thẳng đứng và dịch chuyển ngang những khối đất đá. Hiện tượng trượt phá hủy sườn dốc và mái dốc làm cải biến hình dạng bên ngoài của chúng tạo nên địa hình mới. Sự dịch chuyển đất đá thường xảy ra theo một hoặc một vài mặt trượt.

Mặt trượt và vách trượt là yếu tố kiến trúc đặc trưng và không thể thiếu được đối với mỗi khối trượt. Mỗi một khối trượt hình thành đều tạo nên một khu vực mà ranh giới và hình dạng của nó ở trên mặt bằng được quyết định bởi thể tích và các kiểu hình trượt. 8 Hiện nay có khá nhiều cách phân loại trượt đất đá như: dựa vào quá trình trượt, dựa vào kiểu dạng bề mặt trượt, dựa vào thể tích khối trượt, dựa vào tuổi/ giai đoạn vận động của khối trượt, dựa vào độ sâu mặt trượt và dựa vào thành phần thạch học của khối trượt. Dựa vào cơ chế hình thành, Postoev (2010) [7] đưa ra 3 loại trượt chính: trượt sâu do nén ép; trượt theo mặt cắt (trượt nông); và trượt dạng dòng hoặc chảy.

Theo ICL tổng hợp, trượt đất đá có 6 kiểu dịch chuyển bao gồm: rơi, đổ lở, trượt, trượt tịnh tiến, trượt dạng dòng, trượt hỗn hợp. Tuy nhiên, trong các CSDL về trượt đất đá, thông tin về thể tích và kích thước là những số liệu đồng bộ và đáng tin cậy nhất hiện nay. Phân chia theo thể tích được nhiều nhà khoa học như Fell, Lômtadze và ICL đưa ra 7 cấp độ với quy mô thể tích khác nhau và kết quả cho thấy sự khác biệt khá lớn (bảng 1.Thực tế còn cho thấy, khi phân tích về thể tích và vận tốc, KTL có các dạng trượt chính là trượt đá tốc độ lớn; trượt hỗn hợp với tốc độ trung bình và dòng chảy bùn đá. Phân loại trượt đất đá theo thể tích ( m3) của một số nghiên cứu trên thế giới V.

Cấp phân loại ICL Fell, (1994) [8] Mô tả Lômtadze 7 > 108 5×106 Đặc biệt lớn >200.000 6 107 – 108 106 – 5×106 Rất lớn 5 106 – 107 25×104 - 106 Lớn 1.000 4 105 – 106 5×104 – 25*104 Trung bình – Lớn 3 104 – 105 5×103 – 5×104 200-1000 Trung bình 2 103 - 104 500 – 5.000 10-200 Nhỏ 1 < 102 < 500 < 10 Rất nhỏ 1. Đặc điểm của KTL a./ Hình thái KTL Nghiên cứu của Cruden & Varnes (1996) [1] đã tổng hợp và chỉ ra một số đặc điểm nhận diện chung nhất được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu trượt đất đá (hình 1. Đối với KTL các đặc trưng về cấu trúc này càng được thể hiện rõ hơn ở các chi tiết đó bao gồm: - Mặt trượt là bề mặt mà dọc theo đó khối đất đá di chuyển về phía dưới mái dốc. Mặt trượt là dấu hiệu quan trọng khi nhận biết hiện tượng trượt, một khối trượt có thể có một hoặc nhiều mặt trượt với cấu trúc và hình dạng khác nhau.

Do KTL thường có điều kiện đất đá không đồng nhất, không liên tục, nhiều mặt phân cách 9 do khe nứt trong đá. Vậy nên với đất đá không đồng nhất thì mặt trượt có thể có những dạng khác nhau. - Chân khối trượt là nơi mà mặt trượt xuất lộ ở phía dưới chân dốc. Do tác dụng của lực ma sát và giảm độ dốc sườn nên chân khối trượt thường bị biến dạng đôi khi gần giống uốn nếp.

- Đỉnh khối trượt là nơi cao nhất có biểu hiện dịch chuyển của khối trượt, tiếp giáp với vị trí cao nhất trên vách trượt chính, xung quanh xuất hiện các khe nứt tách kéo dài hoặc dạng vòng cung. - Vách trượt là phần trên của khối trượt lộ ra cho thấy một phần bề mặt phân cách giữa phần thân khối trượt bị dịch chuyển với bề mặt đất đá ổn định, do mức độ dịch chuyển khác nhau nên vách trượt tạo thành nhiều bậc trên bề mặt khối trượt, vách trượt ở trên cao nhất là vách trượt chính, các vách trượt nối tiếp bên dưới là vách trượt thứ cấp. - Thân khối trượt là phần đất đá được giới hạn bởi đỉnh và chân khối trượt. Bề mặt thân khối trượt thường không bằng phẳng ảnh có dạng gồ ghề gợn sóng do sự dịch chuyển của đất đá.

Tại thân trượt thường có những thảm thực vật bị chia cắt và có hiện tượng cây nghiêng ngả. Do đất đá dịch chuyển trở nên tơi xốp hơn nên trên thân trượt thường xuất hiện các vũng đọng nước. - Chiều cao khối trượt là khoảng chênh cao giữa cao độ đỉnh khối trượt so với cao độ chân khối trượt. - Chiều sâu mặt trượt là chiều sâu lớn nhất tính từ bề mặt đất ban đầu xuống tới mặt trượt của KTL.

- Phạm vi lắng đọng vật liệu là khu vực mà vật liệu đất đá di chuyển từ trên cao xuống vùng dưới thấp và lắng đọng tại đó, làm nâng cao bề mặt địa hình hơn so với ban đầu. Phạm vi tính từ đỉnh khối trượt đến điểm xa nhất mà vật liệu đất đá di chuyển tới được gọi là phạm vi ảnh hưởng của KTL. Góc giữa đường nối đỉnh KTL đến điểm xa nhất mà vật liệu trượt lắng đọng lại hợp với phương ngang được gọi là góc Fahrboschung. - Phạm vi mất ổn định là khu vực sườn dốc được giới hạn từ đỉnh đến chân khối trượt, hai bên là vách trượt, trên bề mặt địa hình bị biến đổi do dịch chuyển có xu hướng làm hạ thấp bề mặt địa hình hơn so với ban đầu.

Sơ đồ mô tả đặc điểm nhận diện chung của KTL - Ước lượng thể tích khối trượt: Jaboyedoff & nnk (2020) [9] đã đưa ra khuyến nghị về thể tích của KTL nên sử dụng công thức như sau: 𝜋 𝑉 = 𝐷×𝑊×𝐿 6 Trong đó: V: Thể tích của khối trượt đất đá, D: Chiều sâu lớn nhất tính từ bề mặt đến độ sâu mặt trượt, W: Chiều rộng lớn nhất của khối trượt, L: Chiều dài khối trượt./ Các yếu tố hình thành KTL Các nhóm nghiên cứu tại khu vực Nam Mỹ tập trung phân tích chi tiết đặc điểm động lực của từng KTL đã cho thấy sự hình thành KTL liên quan đến cấu trúc địa chất phức tạp [10, 11, 12].