Tổng quan luận án

Công trình khoa học "Nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, đề xuất phương pháp dự báo và phòng chống phù hợp" được NCS Nguyễn Thị Thanh Nhàn thực hiện tại Bộ môn Địa chất công trình, Khoa Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội vào năm 2014 dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Tạ Đức Thịnh và GS. Nguyễn Thanh. Luận án thuộc chuyên ngành Kỹ thuật địa chất (mã số: 62.01).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Vùng đồi núi hai tỉnh Quảng Trị và Thừa Thiên Huế chiếm hơn 2/3 tổng diện tích tự nhiên của lãnh thổ. Nằm trong đới khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa chịu tác động gay gắt của hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, khu vực này thường xuyên xuất hiện những trận mưa lớn kéo dài với cường độ cao bất thường. Cùng với quá trình phát triển kinh tế - xã hội, việc đẩy mạnh xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông (đặc biệt là đường Hồ Chí Minh, Quốc lộ 9, Quốc lộ 49, Tỉnh lộ 14B), các bậc thang thủy điện và hoạt động khai khoáng đã làm biến đổi cân bằng tự nhiên của các sườn dốc.

Hằng năm vào mùa mưa lũ (tập trung từ tháng IX đến tháng XI), hiện tượng dịch chuyển đất đá (DCĐĐ), trọng tâm là trượt lở đất đá (TLĐĐ), diễn ra với tần suất cao và quy mô phức tạp, phá hủy nền mặt đường, phá sập công trình bảo vệ, gây tê liệt giao thông và thiệt hại nghiêm trọng về người lẫn tài sản. Mặc dù hậu quả rất lớn, nhưng trước thời điểm thực hiện luận án, các nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế, động lực, quy luật phân bố và phân loại dịch chuyển đất đá tại vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế còn rất hạn chế và rời rạc. Chưa có một hệ thống cơ sở dữ liệu đồng bộ hay mô hình dự báo phân vùng nguy cơ trượt lở đa chỉ tiêu ở tỷ lệ 1:50.000 phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch, thiết kế và đề xuất giải pháp phòng chống bền vững cho khu vực này.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Xác định hiện trạng, nguyên nhân, động lực và quy luật phân bố, phát triển các quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế.
  2. Thành lập bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế và đề xuất hệ thống giải pháp phòng chống phù hợp, phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Môi trường tự nhiên - kỹ thuật vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế; trọng tâm là các sườn dốc tự nhiên, mái dốc nhân tạo (taluy đào/đắp) và các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá diễn ra trên chúng.
  • Phạm vi không gian: Vùng đồi núi hai tỉnh Quảng Trị và Thừa Thiên Huế có độ cao địa hình từ 50 m trở lên so với mực nước biển. Chiều sâu nghiên cứu tính từ bề mặt tự nhiên xuống khoảng trên dưới 50 m đến tầng đất đá tương đối ổn định. Đối với các tuyến giao thông và công trình hạ tầng, phạm vi khảo sát theo diện được triển khai thành các băng rộng từ 50 - 100 m đến 200 - 300 m tính từ tim đường hoặc tim công trình.
  • Phạm vi nội dung và thời gian: Đánh giá dữ liệu trượt lở thực địa và quan trắc khí tượng thủy văn, địa chất công trình tích lũy qua nhiều năm, tập trung vào chuỗi số liệu khảo sát chi tiết từ năm 2000 đến 2014 qua 7 đợt thực địa chuyên sâu.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc đã phát triển mạnh mẽ qua nhiều thế kỷ:

  • Khái niệm và cơ chế: Các công trình của Dranicov A., Popov I.V (1972), Varnes D.J (1978), Cruden D.M (1991, 1996), Rochet M (1992), Lang A (1999), Hardenbicker U (2001), Shuzui H (2001), Wakatsuki T (2005) đã làm sáng tỏ định nghĩa chuyển động khối, sự suy giảm sức kháng cắt dẫn đến hệ số ổn định sườn dốc nhỏ hơn 1. Các yếu tố kích hoạt do cắt xén mái dốc và mưa lớn được phân tích bởi Campbell R.H (1975), Canuti P (1985), De Graff J. Quy luật động lực trượt lở được các nhà khoa học Liên Xô cũ nghiên cứu sâu sắc (Emelianova E.P, 1972).
  • Kiểm toán ổn định: Phát triển từ lý thuyết cân bằng giới hạn giải tích của Xocolovsky V.V (1942) đến các phương pháp tính toán phân thỏi gần đúng của Fellenius V (1933), Terzaghi K (1950), Bishop A.W, Janbu và phần mềm mô phỏng chuyên dụng SLOPE/W (GeoStudio).
  • Phân loại và dự báo: Các hệ thống phân loại của Terzaghi K (1950), Ban nghiên cứu đường sắt Mỹ (1958), Dranicov A. Tại các quốc gia như Trung Quốc (thành lập Atlas Phòng trị tai biến địa chất 1989-1990, bản đồ phân bố trượt lở năm 1992 của Viện Điều tra cơ bản ĐCCT - ĐCTV, hệ thống quan trắc cảnh báo tự động ở miền Tây), Liên bang Nga, Mỹ, Nhật Bản (chương trình bản đồ tai biến Đông Á từ 1994) và Nepal, việc dự báo mức độ nhạy cảm và rủi ro trượt lở đã trở thành cơ sở cho hoạch định chính sách.
  • Giải pháp phòng chống: Tổng kết bởi Flacus E (1959), Lomtadze V.D (1977) gồm các nhóm: điều tiết dòng chảy mặt, tháo khô nước dưới đất, phân bố lại khối lượng đất đá (gọt đầu đắp chân), kè chống xói lở chân sườn, kết cấu tường chắn - neo giữ và cải tạo cơ lý đất đá.

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các nghiên cứu dịch chuyển đất đá được thực hiện từ sau 1954 ở miền Bắc và sau 1975 ở miền Nam, phát triển mạnh từ năm 2000:

  • Số liệu thống kê của Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải chỉ ra thiệt hại trung bình do trượt lở và lũ bùn đá hằng năm cướp đi sinh mạng khoảng 30 người; cơ cấu loại hình dịch chuyển gồm 60% sụt lở, 10% trượt đất, 25% xói sụt và 5% đá lở, đá lăn.
  • Nhiều nhà khoa học đã khảo sát hiện trạng và cơ chế trượt lở: Nguyễn Thanh (1968), Dương Học Hải, Hồ Chất (1986), Vũ Ngọc Phương (1998), Ngô Bích Trâm, Nguyễn Ngọc Thạch, Trịnh Thu Hoài (1999), Nguyễn Huy Quang (2001), Lê Xuân Anh Hào (2004), Trần Tân Văn (2004, 2005, 2006), Đậu Văn Ngọ và nnk (2004), Lưu Tấn Hùng (2006), Nguyễn Trọng Yêm (2006), Tạ Đức Thịnh (2007), Doãn Minh Tâm (2008), Huỳnh Thanh Bình, Huỳnh Đăng Vinh (2008), Nguyễn Đức Lý (2008), Phạm Văn Tỵ (2008), Đoàn Ngọc Toản (khu vực đèo Lò Xo).
  • Các phương pháp tiếp cận dự báo đa chỉ tiêu kết hợp GIS và viễn thám: Dương Mạnh Hùng, Phạm Văn Tỵ (2008), Trần Mạnh Liểu (2008), Nguyễn Quốc Thành (2006), Đỗ Quang Thiên, Nguyễn Thanh (2006), Trần Anh Tuấn (2005), Lê Công Tuấn, Nguyễn Linh Ngọc (2008), Nguyễn Trọng Yêm, Phạm Văn Hùng.
  • Riêng địa bàn Quảng Trị - Thừa Thiên Huế: Đã có một số công trình của Hoàng Anh Tuấn (2008), Nguyễn Thành Long (2008 - huyện A Lưới), Nguyễn Thám và nnk (2012 - tỉnh Quảng Trị).

Khoảng trống luận án giải quyết

Các công trình trước đây tại khu vực nghiên cứu phần lớn mang tính mô tả cục bộ từng tuyến đường hoặc từng huyện nhỏ lẻ, chưa xây dựng được phương pháp phân loại chuẩn hóa cho vùng, chưa lượng hóa được tương tác đa yếu tố tự nhiên - kỹ thuật và chưa thành lập được bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở tỷ lệ 1:50.000 tích hợp ma trận trọng số giải tích (AHP) cho toàn vùng đồi núi hai tỉnh. Luận án của NCS Nguyễn Thị Thanh Nhàn được thực hiện để giải quyết toàn diện khoảng trống này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm

  • Lý thuyết cân bằng giới hạn và cơ học đất đá: Khối trượt hình thành khi ứng lực cắt gây trượt ($B$) vượt quá tổng ứng lực chống cắt giữ ổn định ($A$), khiến hệ số ổn định trượt $K < 1$. Dưới tác dụng của nước ngầm và nước mặt, khối lượng thể tích tăng lên, xuất hiện áp lực thủy tĩnh ($A_w$), áp lực thủy động ($D_w$) dọc theo độ dốc thủy lực ($J$), đồng thời lực dính kết ($C$) và góc nội ma sát ($\varphi$) suy giảm từ trạng thái tự nhiên ($C_{tn}, \varphi_{tn}$) xuống trạng thái bão hòa ($C_{bh}, \varphi_{bh}$).
  • Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process - AHP): Sử dụng lý thuyết của Thomas L. Saaty để thiết lập các ma trận so sánh cặp, xác định trọng số thành phần ($W_i$) và cường độ ảnh hưởng ($M_{ij}$) của các yếu tố môi trường tự nhiên - kỹ thuật.
  • Chỉ số nhạy cảm trượt lở (Landslide Susceptibility Index - LSI): Mô hình hóa nguy cơ tích hợp theo công thức: $$LSI = \sum_{i=1}^{n} (W_i \times X_i)$$ Trong đó $W_i$ là trọng số của lớp yếu tố thứ $i$, $X_i$ là cường độ tác động (điểm số mức độ nguy cơ) của phân cấp thứ $j$ trong yếu tố $i$.

Phương pháp nghiên cứu cụ thể

  1. Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu: Kế thừa số liệu lưu trữ về địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình, khí tượng thủy văn từ các cơ quan quản lý và các dự án giao thông.
  2. Phương pháp phân tích hệ thống: Xem xét khối trượt lở là sản phẩm tương tác giữa hệ thống tự nhiên (địa tầng, phong hóa, cấu trúc nứt nẻ, lượng mưa) và hệ thống nhân sinh (đào bạt taluy, xây dựng tuyến đường).
  3. Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến các chuyên gia địa chất công trình và nhà quản lý địa phương để chuẩn hóa thang đánh giá và so sánh cặp các yếu tố.
  4. Phương pháp đo vẽ địa chất công trình và khảo sát thực địa: Đo vẽ thực địa tỷ lệ 1:50.000 trên các băng rộng 1 - 5 km dọc tuyến đường Hồ Chí Minh và các tuyến xung yếu; kết hợp khoan thăm dò, đào hố nông và lấy mẫu đất đá qua 7 đợt thực địa (tháng 11/2008, 01/2009, 10/2009, 5/2010, 2/2011, 11-12/2013, 01/2014).
  5. Phương pháp thực nghiệm trong phòng: Phân tích thành phần hạt, xác định các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn TCVN, ASTM và tiêu chuẩn ngành ở trạng thái tự nhiên và bão hòa nước.
  6. Phương pháp xác suất - thống kê toán học: Xử lý tập số liệu mẫu thí nghiệm, xác định các giá trị trung bình, độ lệch và tương quan phục vụ kiểm toán ổn định.
  7. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám: Giải đoán ảnh viễn thám Landsat để định vị và lập danh mục tọa độ các khối trượt thực tế.
  8. Phương pháp mô hình toán - bản đồ tích hợp GIS: Tích hợp 9 bản đồ đơn tính có gán trọng số AHP trên phần mềm ArcGIS 10.2, phân cấp nguy cơ trượt lở theo thuật toán Natural Breaks.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc

Chương này hệ thống hóa lịch sử nghiên cứu cơ chế, động lực, phương pháp kiểm toán ổn định (Fellenius, Bishop, Janbu, SLOPE/W), các thang phân loại hiện tượng dịch chuyển trọng lực đất đá và các giải pháp công trình/phi công trình trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả chỉ ra rằng việc nghiên cứu tại miền Trung, đặc biệt là dải đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, vẫn chưa đồng bộ; các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung ở miền Bắc hoặc mới dừng ở mức điều tra sơ bộ.

Chương 2. Đặc điểm môi trường tự nhiên - kỹ thuật vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế

Chương 2 phân tích toàn diện 6 hợp phần môi trường tự nhiên - kỹ thuật của khu vực nghiên cứu:

  • Khí hậu và thủy văn: Chế độ mưa phân hóa sâu sắc. Mùa mưa từ tháng IX đến tháng XI có các đợt mưa kéo dài 2 - 7 ngày với lượng mưa tích lũy phổ biến 150 - 1125 mm (tại A Lưới lượng mưa cực đại trận 7 ngày đạt tới 2294 mm; tại Quảng Trị đạt 1500 mm). Hoạt động trượt lở diễn ra mãnh liệt trong các năm xuất hiện hiện tượng La Niña (1999, 2005, 2009, 2010). Điển hình trong đợt mưa lớn cuối tháng 9 đầu tháng 10 năm 2009 (cường độ 437 - 790 mm/giờ), khối lượng đất đá sụt trượt tại nhánh Chà Lỳ - Khe Sanh đạt $21.000\text{ m}^3$, đoạn Da Krông - Tà Rụt đạt $72.000\text{ m}^3$, và đoạn đèo Hai Hầm - A Lưới lên tới $162.162\text{ m}^3$. Hệ thống sông suối có độ dốc lớn, lũ lên nhanh nhưng các thung lũng sông chính nằm xa đường giao thông nên ít tác động trực tiếp đến taluy đường.
  • Cấu trúc địa chất và địa tầng: Gồm 14 phân vị địa tầng (từ Neoproterozoi - Paleozoi hạ đến Kainozoi) và 10 phức hệ magma xâm nhập. Các thành tạo nhạy cảm nhất với trượt lở gồm:
    • Phức hệ magma Bến Giằng - Quế Sơn ($\text{GDi-G PZ}_3\text{bg-qs}$), Hải Vân ($\text{GaT}_3\text{hv}$), Đại Lộc ($\text{GaD}_1\text{đl}$), Trà Bồng ($\text{Di-GDi O-S tb}$). Tỷ lệ khoáng vật dễ bị phong hóa hóa học (feldspat, biotit, amphibol, canxit) chiếm từ 50% đến 98%.
    • Các hệ tầng trầm tích - biến chất Núi Vú ($\text{NP-}\epsilon_1\text{nv}$), A Vương ($\epsilon_2\text{-O}_1\text{av}$), Long Đại ($\text{O}_3\text{-S}_1\text{lđ}$), Tân Lâm ($\text{D}_1\text{tl}$), A Lin ($\text{P?al}$), A Ngo ($\text{J}_1\text{an}$) chứa các lớp đá phiến sét, bột kết xen kẹp có góc dốc lớp $20^\circ - 85^\circ$.
  • Kiến tạo và tân kiến tạo: Nằm trên hai đới Long Đại và A Vương - Sêcông, chia cắt bởi hệ thống đứt gãy sâu phương Tây Bắc - Đông Nam (Da Krông - A Lưới, Rào Quán) tạo ra các đới cà nát dăm kết rộng hàng trăm mét. Các khối nâng tân kiến tạo mạnh (>1500 m như vòm Vĩnh Ô, đỉnh Voi Mẹp 1701 m, Sa Mùi 1617 m, khối A Lưới) thúc đẩy quá trình xâm thực sâu và làm tăng độ dốc sườn tự nhiên.
  • Đặc điểm vỏ phong hóa và tính chất cơ lý: Vỏ phong hóa phân đới thẳng đứng thành 6 đới/phụ đới: $edQ, IA_1, IA_2, IB, IIA, IIB$.
    • Phụ đới tàn sườn tích và phong hóa hoàn toàn ($edQ + IA_1$) dày trung bình 4 - 7 m (nơi thoải dày 7 - 15 m), thành phần chủ yếu là sét pha, sét chứa dăm sạn.
    • Phụ đới phong hóa mạnh ($IA_2$) dày 2 - 10 m, đá bị vỡ vụn thành dăm tảng lẫn đất loại sét, chỉ số chất lượng đá $RQD < 15%$, hệ số thấm $K = (1 \div 10) \times 10^{-4}\text{ cm/s}$, sức bền cơ học suy giảm nghiêm trọng khi ngập nước.
Đới/Phụ đới phong hóa Thành phần thạch học - cấu trúc Chiều dày phổ biến (m) Đặc trưng cơ lý chủ yếu
$edQ + IA_1$ (Tàn sườn tích & phong hóa hoàn toàn) Sét, sét pha lẫn ít dăm sạn, giàu oxyt Fe-Al $4 - 7$ (cục bộ $7 - 15$) Đất dẻo, lực dính và góc ma sát giảm mạnh khi bão hòa
$IA_2$ (Phong hóa mạnh) Dăm cục, tảng nhỏ lẫn sét pha, cát pha, giữ kiến trúc đá mẹ $2 - 10$ Đá nứt nẻ mạnh, $RQD < 15%$, $K = (1 \div 10)\times 10^{-4}\text{ cm/s}$, dễ trương nở ép co
$IB$ (Phong hóa trung bình) Đá nứt nẻ, phong hóa dọc khe nứt $5 - 15$ Cường độ kháng nén trung bình
$IIA$ (Phong hóa nhẹ) Đá nứt nẻ nhẹ, mặt khe nứt hơi bị biến màu $10 - 20$ Độ bền cơ học tương đối cao
$IIB$ (Đá tươi/nguyên vẹn) Đá gốc liền khối, không biến màu Đáy mặt cắt Cường độ kháng nén và độ cứng cao nhất

Chương 3. Nghiên cứu các quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế

  • Hiện trạng dịch chuyển đất đá: Tổng hợp hàng trăm điểm sụt trượt thực tế qua khảo sát và giải đoán viễn thám trên các tuyến huyết mạch (QL9, đường HCM nhánh Đông, đường HCM nhánh Tây đoạn Da Krông - Tà Rụt, Khe Sanh - Chà Lỳ, A Lưới - A Roàng, QL49, TL14B, QL1A).
  • Nguyên nhân và điều kiện phát sinh: Xác lập mối tương quan giữa khối lượng trượt lở với lượng mưa năm (chuỗi 2000 - 2013), hoạt động bạt mái dốc nhân tạo làm mất chân sườn dốc, độ dốc địa hình tự nhiên và chiều dày lớp vỏ phong hóa.
  • Động lực và cơ chế trượt: Xây dựng sơ đồ kiểm toán ổn định mái dốc theo mùa khô và mùa mưa bão. Nước mưa làm gia tăng khối lượng thể tích đất đá, làm xuất hiện áp lực thủy tĩnh ($A_w$), áp lực thủy động ($D_w$), đồng thời làm suy giảm các chỉ tiêu kháng cắt ($C, \varphi$), chuyển trạng thái sườn dốc từ ổn định tự nhiên ($K_{tn} > 1$) sang mất ổn định bão hòa ($K_{bh} < 1$).
  • Đề xuất phân loại quá trình dịch chuyển đất đá: Tác giả phân chia các dạng dịch chuyển đất đá trong vùng thành các nhóm chính:
    1. Đổ đá / sụt đá: Rơi tự do hoặc lăn của các khối đá nứt nẻ từ vách dốc đứng.
    2. Sụt lở đất đá: Sự sụp đổ nhanh chóng của tầng phủ phong hóa mềm yếu.
    3. Trượt phẳng: Khối trượt dịch chuyển dọc theo mặt nứt nẻ, mặt phân lớp hoặc ranh giới tiếp xúc phong hóa có phương nghiêng thuận sườn dốc.
    4. Trượt quay (trượt cung tròn): Xảy ra phổ biến trong tầng đất loại sét đồng nhất của phụ đới $edQ + IA_1$.
    5. Trượt hỗn hợp: Kết hợp trượt phẳng ở phần trên và trượt cung tròn ở chân mái dốc.
    6. Chảy dòng đất đá (chảy bùn đá): Tầng đất đá phong hóa ngậm nước bão hòa chuyển sang trạng thái chảy dẻo/chảy lỏng, trôi trượt theo các khe tụ thủy.

Chương 4. Dự báo nguy cơ phát sinh trượt lở đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế

  • Quy trình dự báo: Lựa chọn phương pháp mô hình toán ma trận AHP kết hợp công nghệ GIS (ArcGIS 10.2).
  • Hệ thống 9 yếu tố thành phần môi trường tự nhiên - kỹ thuật:
    1. Độ dốc sườn dốc, mái dốc
    2. Cường độ mưa trung bình năm
    3. Mức độ tác động của hoạt động kinh tế - xây dựng công trình (đào taluy)
    4. Thành phần thạch học và cấu trúc đất đá
    5. Mật độ đứt gãy kiến tạo
    6. Bề dày và độ bền kháng cắt của đất đá phong hóa mạnh đến hoàn toàn
    7. Độ phong phú nước dưới đất (lưu lượng mạch lộ)
    8. Lớp phủ thực vật (diện tích và độ che phủ rừng)
    9. Mật độ phân cắt sâu địa hình
  • Tính toán chỉ số nhạy cảm trượt (LSI): Xác định trọng số $W_i$ thông qua ma trận so sánh cặp. Chồng xếp 9 lớp bản đồ thành phần để tính chỉ số $LSI$ cho từng ô lưới không gian.
  • Phân cấp và thành lập bản đồ: Dựa trên thuật toán Natural Breaks, vùng nghiên cứu được phân chia thành 5 cấp nguy cơ trượt lở đất đá:
    • Cấp I: Nguy cơ rất yếu
    • Cấp II: Nguy cơ yếu
    • Cấp III: Nguy cơ trung bình
    • Cấp IV: Nguy cơ mạnh
    • Cấp V: Nguy cơ rất mạnh
  • Kết quả phân vùng: Luận án đã thành lập Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá trên sườn dốc tự nhiên (tỷ lệ 1:50.000) và trên mái dốc công trình (tỷ lệ 1:50.000). Vùng có nguy cơ từ mạnh đến rất mạnh (Cấp IV và V) chiếm 44,58% tổng diện tích, tập trung dọc hành lang đường giao thông qua các huyện Hướng Hóa, Đa Krông (Quảng Trị), A Lưới, Nam Đông (Thừa Thiên Huế).

Chương 5. Đề xuất giải pháp phòng chống dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế

  • Đánh giá hiệu quả các công trình hiện hữu: Phân tích nguyên nhân hư hỏng của nhiều công trình kè rọ đá, tường chắn bê tông trọng lực, rãnh thoát nước trên tuyến đường HCM, QL49 (đèo A Co), đèo Sa Mù, đèo Pê Ke. Tác giả chỉ ra rằng nguyên nhân thất bại chính là do thiết kế chưa đánh giá hết quy mô phân đới phong hóa và thiếu hệ thống thoát nước ngầm - nước mặt đồng bộ, dẫn đến áp lực thủy tĩnh phá vỡ công trình chắn đỡ.
  • Kiến nghị tổ hợp giải pháp: Đề xuất nguyên tắc kết hợp đồng bộ ba nhóm giải pháp:
    1. Nhóm giải pháp thoát nước: Bố trí rãnh đỉnh đón nước sườn tự nhiên, dốc nước bậc thang, rãnh cơ taluy kết hợp khoan các ống lọc tháo khô nước ngầm tầng nông nhằm triệt tiêu áp lực nước ($A_w, D_w$).
    2. Nhóm giải pháp cơ học - kết cấu: Bạt thoải góc dốc mái taluy kết hợp phân tầng bậc thang; xây dựng tường chắn bê tông có tầng lọc ngược; gia cố khối đá nứt nẻ bằng hệ cọc neo (anchors/rock bolts); xây dựng kè rọ đá tiêu năng ở chân taluy âm; thiết kế mái che (hành lang bảo vệ) tại các đoạn nửa đào nửa đắp có nguy cơ đổ đá vách đứng.
    3. Nhóm giải pháp sinh học và bảo vệ bề mặt: Trồng cỏ Vetiver chống xói mòn bề mặt kết hợp lát mái bằng bê tông ô lưới hoặc tấm ốp đá hộc trát vữa xi măng.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Đã làm rõ quy luật phát sinh và động lực phát triển của các quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế; chứng minh hiện tượng này là kết quả tương tác phức hợp giữa môi trường tự nhiên (chế độ mưa cường độ cao, vỏ phong hóa dày yếu của các đá xâm nhập Bến Giằng - Quế Sơn, Hải Vân và trầm tích biến chất A Vương, Long Đại) và hoạt động kinh tế - xây dựng (cắt xén mái dốc đường giao thông).
  2. Xây dựng phương pháp phân loại quá trình dịch chuyển đất đá chuyên biệt cho vùng đồi núi miền Trung, phân biệt rõ các kiểu sụt đá, sụt đất, trượt phẳng, trượt quay, trượt hỗn hợp và chảy bùn đá.
  3. Ứng dụng mô hình toán giải tích AHP kết hợp công nghệ GIS để xây dựng hệ thống đa chỉ tiêu (9 yếu tố) có gán trọng số khách quan, lập bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất đá tỷ lệ 1:50.000 cho cả sườn dốc tự nhiên và mái dốc nhân tạo.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu chi tiết về vị trí, quy mô, cơ chế của hàng trăm điểm trượt lở dọc các tuyến đường Hồ Chí Minh nhánh Tây, Quốc lộ 9, Quốc lộ 49 và Tỉnh lộ 14B.
  2. Xác định định lượng diện tích vùng nguy cơ trượt lở mạnh và rất mạnh (chiếm 44,58%), chỉ ra các trọng điểm xung yếu tại Hướng Hóa, A Lưới, Nam Đông.
  3. Thiết lập bảng tổng hợp ma trận tổ hợp giải pháp phòng chống theo từng cấp nguy cơ và đặc điểm địa chất công trình cụ thể, làm cơ sở khoa học tin cậy cho công tác thiết kế, xử lý sự cố công trình giao thông miền núi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Số lượng mẫu thí nghiệm cơ lý đất đá ở các vùng núi hiểm trở, xa trục giao thông chính còn chưa nhiều so với vùng đồng bằng duyên hải.
    • Mật độ các trạm đo mưa tự động tại các tiểu vùng khí hậu vùng sâu chưa đủ dày đặc để tính toán lượng mưa ngưỡng tức thời cho từng sườn dốc cục bộ.
    • Phạm vi khảo sát chi tiết theo diện dọc các tuyến công trình mới giới hạn trong băng rộng từ 50 m đến 300 m và chiều sâu khoảng 50 m.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Ứng dụng công nghệ quan trắc tự động thời gian thực (real-time monitoring) kết hợp cảm biến đo dịch chuyển sâu và trạm đo mưa tự động tại các khối trượt lớn nguy hiểm.
    • Nâng cao độ chi tiết của bản đồ phân vùng nguy cơ lên tỷ lệ lớn (1:10.000 đến 1:5.000) tại các đoạn tuyến giao thông huyết mạch và các khu tái định cư tập trung.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo dành cho:

  • Cơ quan quản lý và quy hoạch: Sở Giao thông Vận tải, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Quản lý dự án đường bộ của hai tỉnh Quảng Trị, Thừa Thiên Huế và khu vực miền Trung trong việc định hướng tuyến, quy hoạch bố trí dân cư an toàn trước thiên tai.
  • Đơn vị tư vấn, khảo sát và thiết kế: Ứng dụng quy trình đánh giá ổn định mái dốc và ma trận lựa chọn tổ hợp giải pháp thoát nước - gia cố kết cấu cho các dự án giao thông miền núi.
  • Cơ sở đào tạo và nghiên cứu: Giảng viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh các ngành Kỹ thuật Địa chất, Địa chất công trình, Địa kỹ thuật xây dựng, Bản đồ và GIS tại các trường đại học khối kỹ thuật mỏ - địa chất, giao thông và tài nguyên môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai nguyên nhân chính kích hoạt các quá trình trượt lở đất đá tại vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế là gì?

Hai nguyên nhân trực tiếp và quyết định nhất là các đợt mưa lớn kéo dài nhiều ngày với cường độ cao (đặc biệt trong các năm xuất hiện hiện tượng La Niña) và hoạt động kinh tế - xây dựng cắt xén sườn dốc tự nhiên để mở rộng nền đường giao thông làm mất chân khối trượt.

2. Mô hình toán - bản đồ trong luận án sử dụng bao nhiêu lớp yếu tố thành phần và công cụ phần mềm nào?

Mô hình sử dụng 9 lớp yếu tố môi trường tự nhiên - kỹ thuật (độ dốc, lượng mưa năm, hoạt động xây dựng, thạch học - cấu trúc, mật độ đứt gãy, chiều dày - độ bền kháng cắt đới phong hóa mạnh/hoàn toàn, độ phong phú nước dưới đất, lớp phủ thực vật, mật độ phân cắt sâu) được xác định trọng số bằng phương pháp phân tích thứ bậc AHP của Thomas Saaty và tích hợp trên phần mềm ArcGIS 10.2.

3. Tỷ lệ phân cấp nguy cơ trượt đất đá từ mạnh đến rất mạnh là bao nhiêu và phân bố chủ yếu ở khu vực nào?

Vùng có nguy cơ trượt lở đất đá ở mức mạnh và rất mạnh (Cấp IV và Cấp V) chiếm 44,58% tổng diện tích nghiên cứu, tập trung chủ yếu trên mái dốc các tuyến đường giao thông chạy qua địa bàn các huyện Hướng Hóa, Đa Krông (Quảng Trị) và huyện A Lưới, Nam Đông (Thừa Thiên Huế).

4. Tại sao các thành tạo thuộc phức hệ xâm nhập Bến Giằng - Quế Sơn và hệ tầng A Vương lại có nguy cơ trượt lở cao?

Do thành phần thạch học của phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn và hệ tầng A Vương chứa tỷ lệ rất cao các khoáng vật kém bền vững, dễ bị phong hóa hóa học (như feldspat, biotit, sericit, clorit, canxit chiếm từ 45% đến 98%), tạo thành tầng vỏ phong hóa $edQ + IA_1, IA_2$ mềm yếu rất dày (từ vài mét đến hàng chục mét), nứt nẻ mạnh và suy giảm lực kháng cắt nhanh chóng khi bị bão hòa nước.

5. Vì sao nhiều công trình kè chắn bê tông hoặc rọ đá trước đây tại khu vực nghiên cứu bị phá hủy?

Các công trình phòng chống trước đây thường bị mất ổn định do thiết kế mang tính cục bộ, chưa tính toán hết chiều sâu mặt trượt tiềm năng trong đới phong hóa dày và đặc biệt là thiếu hệ thống thoát nước ngầm (ống lọc ngầm) và thoát nước mặt đồng bộ, khiến áp lực thủy tĩnh và áp lực thủy động tích tụ phía sau tường chắn đẩy đổ công trình.

Kết luận

Luận án của NCS Nguyễn Thị Thanh Nhàn là công trình nghiên cứu toàn diện và có hệ thống về hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. Bằng việc kết hợp phương pháp khảo sát địa chất công trình truyền thống với mô hình toán phân tích thứ bậc AHP và công nghệ GIS, tác giả đã thành lập thành công bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở tỷ lệ 1:50.000 gồm 5 cấp độ nguy cơ. Kết quả nghiên cứu không chỉ làm sáng tỏ cơ chế, quy luật phân bố sụt trượt mà còn cung cấp cơ sở khoa học xác đáng cho việc thiết kế tổ hợp giải pháp phòng chống bền vững, góp phần giảm thiểu rủi ro thiên tai và phát triển kinh tế - xã hội tại khu vực miền Trung.