Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Khu vực vùng đồi núi phía Tây tỉnh Quảng Bình giữ vị trí chiến lược quan trọng về kinh tế, chính trị, văn hóa - xã hội và an ninh quốc phòng của khu vực miền Trung cũng như cả nước. Địa bàn này tập trung các trục giao thông huyết mạch gồm đường Hồ Chí Minh (nhánh Đông và nhánh Tây), Quốc lộ 12A, đường Xuyên Á cùng các tuyến Tỉnh lộ 10, 11, 20 kết nối trực tiếp với hệ thống cửa khẩu quốc tế Cha Lo và biên giới Việt - Lào. Do đặc thù địa hình phân cắt mạnh, cấu trúc địa chất phức tạp và chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu nhiệt đới gió mùa mưa lớn tập trung, các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá (QTDCTLĐĐ) trên sườn dốc (SD) và mái dốc (MD) diễn ra thường xuyên vào mùa mưa lũ.

Hiện tượng sụt trượt, đổ lở đất đá gây tắc nghẽn giao thông cục bộ và kéo dài, làm hư hỏng kết cấu hạ tầng nền mặt đường, đe dọa trực tiếp đến an toàn tính mạng của người tham gia giao thông và gây thiệt hại kinh tế nặng nề. Theo báo cáo thống kê của Sở Giao thông Vận tải Quảng Bình, chỉ tính riêng tuyến đường Quốc lộ 12A, mức thiệt hại kinh tế do trượt lở đất đá gây ra hàng năm lên tới gần 20 tỷ đồng.

Mặc dù tình trạng trượt lở diễn biến phức tạp, các nghiên cứu trước đây tại khu vực Tây Quảng Bình chủ yếu mang tính chất đơn lẻ, tập trung xử lý ứng phó tình thế đối với từng vị trí sự cố cục bộ sau khi đã xảy ra dịch chuyển. Khu vực này còn thiếu vắng các công trình nghiên cứu mang tính hệ thống, toàn diện nhằm làm sáng tỏ bản chất, động lực, điều kiện phát sinh và quy luật phân bố của các quá trình dịch chuyển trọng lực. Việc đánh giá và đề xuất giải pháp công trình trước đây còn bị động, thiếu mô hình dự báo định lượng và phương pháp tính toán góc dốc ổn định phù hợp với điều kiện địa chất đất đá không đồng nhất, dẫn đến hiệu quả phòng chống chưa cao và thiếu tính bền vững.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là xác định hiện trạng, nguyên nhân, điều kiện, động lực và quy luật phát sinh, phát triển các QTDCTLĐĐ trên SD, MD các tuyến đường giao thông vùng đồi núi Tây Quảng Bình; từ đó đề xuất phương pháp phân loại, phương pháp đánh giá - phân vùng dự báo và xây dựng hệ thống giải pháp kỹ thuật phòng chống, giảm thiểu thiệt hại.

Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận án thực hiện 8 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội đến các QTDCTLĐĐ trên SD, MD đường giao thông vùng nghiên cứu.
  2. Làm sáng tỏ các kiểu cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của đất đá và mức độ ảnh hưởng của chúng đến độ ổn định trượt lở sườn dốc, mái dốc.
  3. Nghiên cứu lịch sử các QTDCTLĐĐ đã xảy ra và tổng kết các giải pháp công nghệ phòng chống đã được áp dụng trong vùng.
  4. Phân tích nguyên nhân, điều kiện, động lực và xác lập quy luật phát sinh, phát triển, phân bố của các QTDCTLĐĐ trên SD, MD.
  5. Xây dựng bảng phân loại các QTDCTLĐĐ phù hợp với đặc thù khu vực đồi núi Tây Quảng Bình.
  6. Đánh giá độ ổn định trượt lở SD, MD theo các mặt cắt đặc trưng đại diện cho các hệ tầng địa chất tương ứng.
  7. Đánh giá, dự báo và phân vùng nguy cơ sụt, trượt và dòng bùn đất đá trên các tuyến giao thông bằng phương pháp ma trận định lượng tương hỗ.
  8. Đề xuất quy trình và giải pháp công nghệ phòng chống; trong đó xây dựng phương pháp xác định góc mái dốc ổn định trượt và thiết kế mái dốc bậc thang hợp lý trong tầng đất đá không đồng nhất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc tự nhiên, mái dốc nhân tạo (mái taluy đào, đắp) và môi trường địa chất công trình dọc theo các tuyến đường giao thông vùng đồi núi phía Tây tỉnh Quảng Bình.
  • Phạm vi không gian: Hệ thống các tuyến đường giao thông chính chạy qua địa bàn các huyện Minh Hóa, Tuyên Hóa, Bố Trạch, Quảng Ninh và Lệ Thủy thuộc tỉnh Quảng Bình, bao gồm:
    • Quốc lộ 12A: Chiều dài 142 km, điểm đầu tại Thọ Sơn (Ba Đồn, Quảng Trạch) đến Cửa khẩu Quốc tế Cha Lo.
    • Đường Hồ Chí Minh: Tổng chiều dài 383,482 km qua địa phận Quảng Bình; gồm đoạn từ ranh giới Hà Tĩnh đến Khe Gát (95,282 km), nhánh Đông (121 km) và nhánh Tây từ Khe Gát đến ranh giới Quảng Trị (167,2 km).
    • Đường Xuyên Á: Chiều dài 19 km nối đường Hồ Chí Minh với Quốc lộ 12A.
    • Tỉnh lộ 20 (Đường 20 Quyết Thắng): Chiều dài 65 km, từ Xuân Sơn đến biên giới Việt - Lào.
    • Tỉnh lộ 10: Chiều dài 47 km, từ Nhà máy xi măng Áng Sơn (nhánh Đông đường HCM) qua Khe Giữa nối nhánh Tây tại Đồn Biên phòng 601 đến biên giới Việt - Lào.
    • Tỉnh lộ 11: Chiều dài 31 km, nối từ Công ty Cao su Việt Trung (nhánh Đông đường HCM) đến giao điểm với nhánh Tây đường HCM.
  • Phạm vi thời gian và nguồn tư liệu khảo sát: Các đợt điều tra, khảo sát thực địa được tiến hành liên tục từ năm 2006 đến năm 2010, với 9 chuyến khảo sát chi tiết ngay sau các trận bão và đợt mưa lớn lịch sử: đợt bão Xangsane số 6 (10/11/2006), các đợt khảo sát định kỳ (24/4/2007, 06/5/2007), sau bão Lekima số 5 (06/10/2007), các đợt đầu năm 2008 (13/01/2008, 17-18/5/2008), sau bão Mekkhala số 7 (17/12/2008), sau bão Ketsana số 9 (03/10/2009) và đợt tổng hợp (25/10/2009).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện tượng dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc và mái dốc đã được quan tâm nghiên cứu từ cuối thế kỷ 19 và phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 20. Theo thống kê của Ủy ban Nghiên cứu Trượt lở Quốc tế (ICL) và Trung tâm Nghiên cứu Dịch tễ học Thiên tai (CRED), trượt lở đất đá chiếm khoảng 17% tổng số các tai biến thiên nhiên trên thế giới, đứng thứ ba sau lũ lụt (39%) và động đất (36%). Về mặt thiệt hại nhân mạng, ICL ước tính trung bình mỗi năm trượt lở làm thiệt mạng 150 người tại Trung Quốc, 130 người tại Nhật Bản, 60 người tại Italy và 50 người tại Mỹ. Thiệt hại kinh tế hàng năm tại Nhật Bản ước tính 4 - 6 tỷ Euro (chiếm 0,30% GDP), Italy khoảng 1 - 2 tỷ Euro (0,15% GDP), Ấn Độ khoảng 1 - 2 tỷ Euro (0,50% GDP) và Mỹ từ 1 - 2 tỷ Euro (0,02% GDP).

Về mặt lý thuyết và phương pháp tính toán:

  • Định danh và phân loại: Lomtadze V. D. (1977), Durville J. (1991), Dzavakhishvili E. (1991), Ban Nghiên cứu Đường sắt Mỹ (1958), Drannikov A. (1967) đã thiết lập nhiều hệ thống phân loại khác nhau dựa trên cơ chế dịch chuyển, tốc độ và trạng thái vật liệu.
  • Cơ chế động lực và ổn định: Popov I. V. xây dựng sơ đồ động lực dịch chuyển trượt theo tuổi và trạng thái hoạt động của khối trượt (chia thành trượt hiện đại, trượt tạm dừng, trượt kết thúc, trượt cổ). Eckel E. B. (1958) nghiên cứu tương quan giữa nguyên nhân phát sinh và quy luật phân bố trượt lở.
  • Phương pháp tính toán độ ổn định: Fellenius W. (1936), Iaxiunas L. (1965) đã đề xuất và hoàn thiện các phương pháp tính toán kiểm toán cân bằng giới hạn gần đúng cho các cung trượt trụ tròn và mặt trượt phẳng.
  • Dự báo và phân vùng: Koukis G., Bouri S. và các cộng sự (2000) đã phát triển các mô hình phân vùng độ nhạy cảm và nguy cơ trượt lở đất đá phục vụ thiết kế các công trình hạ tầng.

Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về trượt lở đất đá được triển khai từ thập niên 1960, tập trung chủ yếu dọc theo các huyết mạch giao thông, bờ bao mỏ lộ thiên và mái dốc công trình xây dựng:

  • Nghiên cứu đặc điểm phân bố, điều kiện địa chất và quy luật phát sinh: Nguyễn Thanh (1968), Dương Học Hải (1986), Lê Thị Nghinh (2001), Nguyễn Trung Thêm (2005), Đỗ Minh Đức (2007), Đậu Văn Ngọ (2007), Chu Văn Ngợi (2007), Lê Huy Hoàng (2007), Hoàng Khắc Bá (2008), Huỳnh Thanh Bình (2008), Nguyễn Văn Bình (2008), Lê Trọng Thắng (2008), Bùi Văn Thơm (2008), Nguyễn Việt Tình (2008).
  • Nghiên cứu động lực và phân loại trượt lở: Lê Xuân Anh Hào (2004), Huỳnh Thanh Bình (2008), Nguyễn Thanh và Nguyễn Đức Lý (2008).
  • Dự báo phân vùng nguy cơ và ứng dụng mô hình số: Nguyễn Quốc Thành (2006), Trần Thanh Hà (2007), Dương Mạnh Hùng (2008), Trần Mạnh Liễu (2008), Trần Anh Tuấn (2008), Lê Công Tuấn (2008). Các tác giả này đã tiếp cận phương pháp phân tích đa chỉ tiêu, ma trận định lượng và mô hình SINMAP.
  • Thiết kế mái dốc và công nghệ xử lý ổn định: Cao Đăng Dư (1995), Trần Tân Văn (2006), Trần Văn Tư (2008). Đáng chú ý, Trần Tân Văn (2006) đã đề xuất biểu đồ thiết kế góc dốc taluy từ 35° đến 75° tương ứng với các nhóm đá xâm nhập, phun trào, biến chất, trầm tích và đất loại sét theo 4 cấp chiều cao mái dốc (<5m, 5-10m, 10-15m và >15m).

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Điểm lại các công trình trong và ngoài nước cho thấy tồn tại các khoảng trống khoa học sau:

  1. Chưa có sự đồng nhất trong nhận thức bản chất và phân biệt rõ ràng giữa "nguyên nhân cơ bản", "điều kiện kích phát" và "các yếu tố ảnh hưởng" đến QTDCTLĐĐ.
  2. Các phương pháp dự báo đa chỉ tiêu (như SINMAP) khi áp dụng vào thực tiễn địa hình chia cắt mạnh và dữ liệu mưa biến động lớn ở miền Trung Việt Nam gặp nhiều hạn chế về độ chính xác.
  3. Thiếu một quy trình đánh giá nhanh độ ổn định sườn dốc, mái dốc đất loại sét dựa trên tương quan chiều dày tầng phủ và góc nghiêng sườn dốc.
  4. Chưa có giải pháp tính toán giải tích kết hợp phần mềm chuyên dụng để xác định đồng thời góc nghiêng mái dốc và bề rộng thềm giảm tải của mái dốc bậc thang trong điều kiện địa chất đất đá phân lớp không đồng nhất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

Luận án tiếp cận đối tượng nghiên cứu dựa trên quan điểm hệ thống về Địa hệ tự nhiên - kỹ thuật (bao gồm sự tương tác giữa 5 quyển: Thạch quyển, Thủy quyển, Khí quyển, Sinh quyển và Quyển kỹ thuật/Trí quyển). QTDCTLĐĐ được xem là kết quả mất cân bằng cơ học sinh ra từ các tương tác động lực giữa tác động nhân tạo (đào đắp giao thông, chặt phá rừng) và các yếu tố tự nhiên (mưa lũ, cấu trúc địa chất, phong hóa).

Khung phân tích ổn định dựa trên Lý thuyết cân bằng giới hạn của khối trượt lăng thể có mặt trượt phẳng nằm nghiêng song song hoặc cắt qua sườn dốc, so sánh giữa tổng ứng lực giữ chống trượt ($\Sigma L_{giu}$) và tổng ứng lực gây trượt ($\Sigma L_{tr}$): $$k_{od} = \frac{\Sigma L_{giu}}{\Sigma L_{tr}} = \frac{N \cdot \tan\varphi + c \cdot L}{T + D_{td}}$$

Hệ thống ký hiệu và chỉ tiêu cơ lý chủ yếu được sử dụng trong luận án:

  • $\gamma, \gamma_n, \gamma_c, \gamma_{dn}, \gamma_{tb}$: Khối lượng thể tích tự nhiên, khối lượng riêng của nước, thể tích khô, đẩy nổi và trung bình ($g/cm^3$).
  • $W_{tn}, W_{bh}$: Độ ẩm tự nhiên và độ ẩm bão hòa (%).
  • $c_{tn}, c_{bh}$: Lực dính kết ở trạng thái tự nhiên và bão hòa nước ($T/m^2$ hoặc $kG/cm^2$).
  • $\varphi_{tn}, \varphi_{bh}$: Góc nội ma sát ở trạng thái tự nhiên và bão hòa nước (độ).
  • $e, n, a_{1-2}$: Hệ số rỗng, độ rỗng (%) và hệ số nén lún ($cm^2/kG$).
  • $k_{od}, k_{tn}, k_{bh}$: Hệ số ổn định trượt ở điều kiện tự nhiên và điều kiện bão hòa nước.
  • $\alpha, \beta$: Góc dốc của sườn dốc/mái dốc và góc dốc của mặt trượt phẳng (độ).
  • $h, h_w, H$: Bề dày tầng phủ trung bình, bề dày tầng chứa nước và chiều cao mái dốc (m).
  • $L, B$: Chiều dài và chiều rộng mặt trượt (m).
  • $D_{td}, J$: Áp lực thủy động và gradient thủy động.
  • $A, I_i, M, M_{max}$: Cường độ hoạt động trượt lở, trọng số tầm quan trọng của yếu tố thứ $i$, cường độ tác động tương hỗ và cường độ tương hỗ cực đại.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp đồng bộ 9 phương pháp nghiên cứu chuyên ngành:

  1. Phương pháp thu thập, kế thừa và tổng hợp tư liệu: Phân tích chọn lọc tài liệu địa chất, khí tượng thủy văn, các báo cáo kinh tế - kỹ thuật và hồ sơ thiết kế công trình giao thông.
  2. Phương pháp địa chất truyền thống: Khảo sát thực địa theo tuyến, khoan đào thăm dò địa chất công trình, mô tả thạch học, cấu trúc nứt nẻ và quan trắc diễn biến trượt lở định kỳ.
  3. Phương pháp tương tự địa chất: So sánh đối sánh các điều kiện hình thành và cơ chế phá hủy của các khối trượt có cấu trúc thạch học tương đồng.
  4. Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến các nhà khoa học, hội thảo chuyên ngành trong việc xác lập ma trận trọng số và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng phức tạp.
  5. Phương pháp thí nghiệm: Xác định các chỉ tiêu cơ lý mẫu đất đá nguyên dạng trong phòng thí nghiệm và hiện trường (LAS-XD 118, VILAS 138) ở hai trạng thái tự nhiên và bão hòa nước.
  6. Phương pháp phân tích hệ thống: Thiết lập mô hình cấu trúc phân tầng các yếu tố tác động tương hỗ sinh thái - kỹ thuật.
  7. Phương pháp xác suất thống kê toán học và ứng dụng công nghệ thông tin: Xử lý chuỗi số liệu đo mưa, tính toán thống kê mẫu cơ lý và lập trình thuật toán tính toán ổn định mái dốc.
  8. Phương pháp ma trận định lượng và Quy trình phân tích thứ bậc (AHP): Xây dựng ma trận so sánh cặp, tính toán trọng số $I_i$ và phân cấp cường độ tác động tương hỗ $A_{ji}$ nhằm phân vùng dự báo sụt trượt.
  9. Phương pháp đánh giá định lượng độ ổn định: Tính toán hệ số ổn định trượt $k_{od}$ theo mô hình khối trượt phẳng đại diện cho địa hình đồi núi phân cắt.

Nguồn tư liệu và dữ liệu đầu vào

  • Bản đồ Địa chất và Khoáng sản tỉnh Quảng Bình tỷ lệ 1:50.000 do Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam xuất bản năm 1996 và 2001.
  • Báo cáo kết quả khảo sát ĐCCT dự án nâng cấp cải tạo QL 12A đoạn Khe Ve - Cha Lo (Công ty CP Tư vấn Xây dựng Giao thông 533, 2006).
  • Hồ sơ khảo sát ĐCCT bước thiết kế kỹ thuật - thi công bền vững hóa đường Hồ Chí Minh đoạn Khe Gát - Khe Sanh (Ban QLDA đường Hồ Chí Minh - Bộ GTVT, 2006).
  • Báo cáo thí nghiệm mẫu đất đá tuyến QL 12A và đường Hồ Chí Minh của Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quảng Bình (LAS-XD 118, VILAS 138, 2009).
  • Báo cáo kết quả đề tài Điều tra nghiên cứu tổng hợp địa chất và khoáng sản phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường tỉnh Quảng Bình (Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2004).
  • Số liệu 216 điểm điều tra thực địa của tác giả trong giai đoạn 2006 - 2010.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu và phòng chống các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử nghiên cứu dịch chuyển trọng lực đất đá trên thế giới và ở Việt Nam. Tác giả phân tích các khái niệm học thuật, chỉ ra sự thiếu thống nhất trong thuật ngữ quốc tế và trong nước khi định nghĩa các hiện tượng sụt lở, trượt lở, sạt lở và dòng bùn đá.

Chương này tổng kết các mô hình tính toán ổn định sườn dốc phổ biến, phân chia thành hai nhóm giải pháp xử lý: nhóm giải pháp phòng ngừa (công trình mềm như trồng cỏ, thoát nước bề mặt, quy hoạch) và nhóm giải pháp công trình (công trình cứng gồm 6 phân nhóm: tường chắn trọng lực, neo đá dầm bê tông, bạt mái hạ tải, tường rọ đá, neo đất, cầu cạn). Trên cơ sở đó, chương 1 khẳng định sự cần thiết phải nghiên cứu chuyên sâu các quy luật địa chất công trình đặc thù tại vùng đồi núi Tây Quảng Bình.

Chương 2: Đặc điểm địa hệ tự nhiên - kỹ thuật và tác động của nó đến các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Tây Quảng Bình

Chương 2 mô tả chi tiết các hợp phần của địa hệ tự nhiên - kỹ thuật tại khu vực nghiên cứu:

  • Vị trí và mạng lưới giao thông: Khu vực nghiên cứu giới hạn từ 17°05'02''B đến 18°05'12''B và từ 105°36'55''Đ đến 106°59'37''Đ, địa hình chạy dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam qua các huyện Minh Hóa, Tuyên Hóa, Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thủy.
  • Đặc điểm khí hậu - mưa lũ: Thuộc vùng nhiệt đới gió mùa. Lượng mưa trung bình năm đạt từ 1600 đến 2800 mm/năm (Hương Hóa đạt 2715 mm, Đồng Tâm 2513 mm, Mai Hóa 2142 mm, Minh Hóa 2254 mm). Mùa mưa tập trung từ tháng 8 đến tháng 11 (riêng vùng ven biển kéo dài đến tháng 12), trong đó lượng mưa của hai tháng lớn nhất (tháng 9 và tháng 10) chiếm gần 50% tổng lượng mưa cả năm. Mưa ngày cực đại thường vượt trên 100 mm, nhiều nơi đạt 300 - 466 mm/ngày trong các đợt bão lớn. Biên độ dao động nhiệt độ tuyệt đối lên tới 34,2°C thúc đẩy quá trình nứt nẻ, phong hóa đất đá.
  • Đặc điểm thủy văn: Mạng lưới sông suối có mật độ từ 0,6 đến 1,85 km/km², gồm 5 lưu vực chính: sông Ròon, sông Gianh, sông Lý Hòa, sông Dinh và sông Nhật Lệ. Dòng chảy lũ tập trung nhanh, gây xói lở chân sườn dốc.
  • Địa tầng và cấu trúc thạch học: Khu vực vùng núi phía Tây tỉnh Quảng Bình có 24 phân vị địa tầng từ Paleozoi đến Kainozoi; điển hình là Hệ tầng Long Đại ($O_3 - S_1 ld$), Mục Bài, Đồng Thọ, Bãi Dinh cấu tạo từ cát kết, bột kết, sét kết xen kẹp đá vôi và đá biến chất bị nứt nẻ mạnh.

Chương 3: Nghiên cứu các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc đường giao thông vùng đồi núi Tây Quảng Bình

Chương 3 trình bày các kết quả điều tra thực địa 216 điểm dịch chuyển trọng lực đất đá trên các tuyến giao thông. Dữ liệu được thống kê chi tiết theo từng tuyến đường:

TT Tuyến đường giao thông Chiều dài (km) Số điểm sụt, trượt và dòng bùn Số điểm sụt, đổ đá Tổng số điểm DCTLĐĐ
1 Quốc lộ 12A 142 89 7 96
2 Đường Xuyên Á 19 0 0 0
3 Đường Hồ Chí Minh 383,482 99 11 110
4 Tỉnh lộ 20 65 0 0 0
5 Tỉnh lộ 11 31 3 0 3
6 Tỉnh lộ 10 47 6 1 7
Tổng Toàn vùng 687,482 197 19 216

Các kết quả thống kê quan trọng của chương:

  • Vị trí phát sinh: 98,61% các điểm DCTLĐĐ xảy ra trực tiếp tại mái dốc nhân tạo (mái taluy đào/đắp) và sườn dốc tự nhiên liền kề.
  • Loại hình dịch chuyển: Sụt trượt đất đá chiếm tỷ lệ áp đảo với 77,78%; sụt đổ đá chiếm 8,80%; còn lại là dòng bùn đá và trượt hỗn hợp.
  • Địa tầng chịu ảnh hưởng nặng nhất: Các khối đất đá phong hóa nứt nẻ thuộc hệ tầng Mục Bài, Đồng Thọ, Bãi Dinh và Long Đại.
  • Yếu tố kích phát: Sự tập trung của các trận mưa lớn kéo dài từ 4 đến 10 ngày với cường độ 110 - 466 mm/ngày (điển hình như các đợt mưa bão Xangsane 2006, Lekima 2007, Ketsana 2009).

Chương 4: Phân loại và dự báo các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc

  • Phân loại: Luận án xây dựng bảng phân loại các QTDCTLĐĐ trên sườn dốc, mái dốc dựa trên tổ hợp các tiêu chí: trạng thái cơ lý của đất đá, cơ chế dịch chuyển (trượt phẳng, trượt xoay, trượt nêm, đổ lở, chảy bùn), tốc độ dịch chuyển và hình thái mặt trượt.
  • Phương pháp ma trận định lượng tương hỗ và AHP: Tác giả xây dựng thang bậc tầm quan trọng $I_i$ và cấp cường độ tác động $A_{ji}$ cho 7 nhóm yếu tố tự nhiên và nhân tạo: độ dốc địa hình, chiều dày tầng phong hóa, cấu trúc nứt nẻ/hướng cắm lớp đá, lượng mưa ngày cực đại, mức độ thảm phủ thực vật, hoạt động đào bạt chân sườn và lưu lượng thoát nước.
  • Xây dựng biểu đồ trạng thái khối trượt và quy trình đánh giá nhanh: Thiết lập quan hệ biên giới hạn giữa chiều dày tầng phủ ($h$) và góc nghiêng sườn dốc ($\alpha$) ở trạng thái cân bằng giới hạn ($k_{od} = 1,0$), giúp phân chia sườn dốc thành 3 vùng: Vùng ổn định trượt (I), Vùng trượt tiềm tàng (II) và Vùng mất ổn định (III).

Chương 5: Đề xuất giải pháp phòng chống các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc đường giao thông vùng đồi núi

  • Đánh giá hiệu quả công trình hiện hữu: Phân tích nguyên nhân hư hỏng của các công trình tường chắn bê tông trọng lực xây dựng trước đây (thường bị nghiêng, nứt vỡ hoặc đẩy trôi do không tính toán đủ áp lực thủy động và thiếu tầng lọc thoát nước).
  • Xây dựng phần mềm tính toán: Tác giả lập trình chương trình phần mềm mang tên "XAC DINH GOC MAI DOC ON DINH TRUOT". Phần mềm cho phép nhập các thông số hình học, mặt cắt địa chất nhiều lớp, chỉ tiêu cơ lý ở trạng thái tự nhiên và bão hòa nước ($c, \varphi, \gamma$), áp lực nước ngầm để tự động tính toán góc dốc ổn định ($\alpha_i$) và chiều rộng thềm bậc thang ($B$).
  • Giải pháp tổng thể: Đề xuất tích hợp giữa bạt mái giảm tải theo bậc thang hợp lý, gia cố chân bằng tường chắn có neo mềm vào tầng đá gốc, hệ thống rãnh thoát nước đỉnh - rãnh biên bậc thang kết hợp phủ lưới và trồng cỏ Vetiver chống xói mòn bề mặt.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận điểm bảo vệ

  • Luận điểm 1: Các QTDCTLĐĐ trên lãnh thổ đồi núi Tây Quảng Bình xảy ra phổ biến nhưng quy mô khối lượng từng vị trí ở mức độ trung bình và nhỏ (phổ biến từ vài chục đến hàng nghìn mét khối, hiếm khi vượt quá 1-2 triệu m³). Quá trình phát sinh và phát triển bị chi phối bởi tính phức tạp của địa hệ tự nhiên - kỹ thuật; trong đó hoạt động đào đắp kinh tế - xây dựng công trình giao thông của con người là nguyên nhân trực tiếp làm mất cân bằng sườn dốc. 98,61% các điểm DCTLĐĐ quan sát được phát sinh trên mái dốc nhân tạo và sườn dốc kế cận.
  • Luận điểm 2: Hiện tượng DCTLĐĐ tại khu vực nghiên cứu biểu hiện đa dạng về hình thái, nhưng chủ yếu là sụt đất đá (chiếm 77,78%), tập trung trên các thành tạo đất đá thuộc các hệ tầng Mục Bài, Đồng Thọ, Bãi Dinh và xảy ra hầu như hoàn toàn vào mùa mưa lũ. Cường độ hoạt động trượt lở biến đổi từ rất yếu đến yếu vào mùa khô, chuyển sang từ rất yếu đến mạnh vào mùa mưa lũ. Quy luật phát sinh theo mùa và theo phân vị địa chất này là cơ sở khoa học cốt lõi cho công tác dự báo, đánh giá và thiết kế giải pháp phòng ngừa.

Những đóng góp mới về khoa học và thực tiễn

  1. Xác lập có hệ thống các quy luật phát sinh, phát triển và phân bố không gian của các QTDCTLĐĐ trên các tuyến giao thông vùng đồi núi Tây Quảng Bình trong mối quan hệ chặt chẽ với điều kiện địa chất công trình và lượng mưa tập trung.
  2. Xây dựng bảng phân loại chi tiết các QTDCTLĐĐ phù hợp với đặc thù hình thái sườn dốc và các tầng địa chất khu vực miền núi Trung Bộ.
  3. Đề xuất quy trình và phương pháp ma trận định lượng tương hỗ kết hợp AHP để đánh giá, phân vùng dự báo sụt, trượt và dòng bùn đất đá dọc theo các tuyến đường giao thông.
  4. Xây dựng biểu đồ trạng thái khối trượt và quy trình cho phép đánh giá nhanh độ ổn định của sườn dốc, mái dốc cấu tạo từ đất loại sét dựa trên tương quan giải tích giữa chiều dày tầng phủ và góc dốc địa hình.
  5. Xây dựng phương pháp giải tích và phát triển chương trình phần mềm chuyên dụng "XAC DINH GOC MAI DOC ON DINH TRUOT" nhằm xác định chính xác góc nghiêng mái dốc thiết kế và bề rộng thềm bậc thang tối ưu trong điều kiện địa tầng đất đá không đồng nhất.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Áp dụng phần mềm tính toán góc dốc và chiều rộng thềm bậc thang ngay từ giai đoạn khảo sát, lập dự án thiết kế kỹ thuật các tuyến đường đồi núi.
  • Triển khai phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở tỷ lệ 1:25.000 và 1:50.000 làm cơ sở quy hoạch hành lang an toàn giao thông và định hướng di dời dân cư vùng xung yếu.
  • Chuyển đổi chiến lược phòng chống từ xử lý ứng phó bị động sang kết hợp giữa giải pháp dự báo sớm, giải pháp phi công trình (trồng cỏ Vetiver, bảo vệ thảm phủ rừng) và giải pháp công trình thoát nước bề mặt, tường chắn có neo sâu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung chủ yếu vào các hiện tượng sụt lở, trượt phẳng, trượt cung tròn và dòng bùn đất đá có quy mô ảnh hưởng trực tiếp đến nền đường giao thông; chưa đi sâu nghiên cứu định lượng chi tiết các quá trình xói mòn rửa trôi bề mặt và tróc lở vi mô trên diện rộng. Dữ liệu quan trắc địa kỹ thuật dài hạn tại một số điểm trượt ngầm sâu còn hạn chế do điều kiện địa hình chia cắt phức tạp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu áp dụng mô hình số hóa 3D và quan trắc dịch chuyển thời gian thực bằng cảm biến kỹ thuật số cho các điểm trượt lở xung yếu; tiếp tục cập nhật và nâng cấp phần mềm tính toán mái dốc đa lớp để ứng dụng rộng rãi cho các dự án giao thông trên toàn dải Trường Sơn.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Địa chất công trình, Địa kỹ thuật xây dựng, Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông và Địa lý tai biến môi trường.
    • Kỹ sư khảo sát, tư vấn thiết kế công trình giao thông miền núi: Tham khảo phương pháp tính toán góc dốc ổn định, thiết kế mái dốc bậc thang và sử dụng thuật toán từ phần mềm "XAC DINH GOC MAI DOC ON DINH TRUOT".
    • Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Sở Giao thông Vận tải, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Chỉ huy Phòng chống Thiên tai và Tìm kiếm Cứu nạn tỉnh Quảng Bình và các tỉnh lân cận sử dụng số liệu phân vùng dự báo để quy hoạch hạ tầng và bố trí ngân sách bảo trì đường bộ.
  • Nội dung tham khảo nổi bật: Cơ sở dữ liệu 216 điểm trượt lở thực địa; ma trận định lượng tương hỗ đánh giá nguy cơ sụt trượt; biểu đồ đánh giá nhanh ổn định mái dốc đất sét; quy trình công nghệ ổn định hóa mái taluy bằng giải pháp bậc thang kết hợp thoát nước và tường neo.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án khảo sát tổng cộng bao nhiêu điểm dịch chuyển trọng lực đất đá và phân bố trên những tuyến đường nào?
Luận án đã điều tra và thống kê chi tiết 216 điểm dịch chuyển trọng lực đất đá trên 6 tuyến giao thông Tây Quảng Bình, bao gồm: đường Hồ Chí Minh (110 điểm: 99 điểm sụt trượt/dòng bùn, 11 điểm đổ đá), Quốc lộ 12A (96 điểm: 89 điểm sụt trượt/dòng bùn, 7 điểm đổ đá), Tỉnh lộ 10 (7 điểm: 6 điểm sụt trượt, 1 điểm đổ đá), Tỉnh lộ 11 (3 điểm sụt trượt); trên tuyến đường Xuyên Á và Tỉnh lộ 20 không ghi nhận điểm trượt lở lớn trong các đợt khảo sát này.

2. Tỷ lệ phát sinh trượt lở giữa sườn dốc tự nhiên và mái dốc nhân tạo dọc tuyến đường là bao nhiêu?
Theo kết quả điều tra thực địa của tác giả, 98,61% các điểm dịch chuyển trọng lực đất đá xảy ra trực tiếp trên các mái dốc nhân tạo (mái taluy đào bạt hoặc đắp nền đường) và phần sườn dốc tự nhiên liền kề chịu tác động trực tiếp của hoạt động xây dựng công trình.

3. Yếu tố khí tượng nào đóng vai trò kích phát chính gây trượt lở tại Tây Quảng Bình theo số liệu luận án?
Yếu tố kích phát chính là các trận mưa lớn tập trung vào mùa mưa bão (tháng 9, 10 và 11), trong đó lượng mưa của hai tháng 9 và 10 chiếm gần 50% tổng lượng mưa cả năm. Các đợt trượt lở quy mô lớn xảy ra khi có mưa kéo dài liên tục 4 - 10 ngày với lượng mưa ngày cực đại đạt từ 110 mm đến 466 mm/ngày.

4. Dạng tai biến dịch chuyển trọng lực nào chiếm tỷ lệ cao nhất trong khu vực nghiên cứu?
Hiện tượng sụt trượt đất đá (sụt nứt, trượt phẳng, trượt cung xoay) là dạng tai biến chiếm tỷ lệ cao nhất, chiếm 77,78% tổng số các vị trí tai biến được ghi nhận trong vùng nghiên cứu.

5. Luận án đã phát triển công cụ phần mềm nào để phục vụ thiết kế mái dốc?
Tác giả đã xây dựng và ứng dụng chương trình phần mềm chuyên dụng mang tên "XAC DINH GOC MAI DOC ON DINH TRUOT" nhằm tính toán chính xác góc mái dốc ổn định ($\alpha_i$) và bề rộng thềm bậc thang ($B$) cho các mái dốc đào sâu qua các tầng đất đá không đồng nhất.

Kết luận

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Đức Lý đã giải quyết một cách toàn diện và có hệ thống bài toán ổn định sườn dốc, mái dốc trên các tuyến giao thông huyết mạch vùng đồi núi Tây Quảng Bình. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa khảo sát thực địa 216 điểm trượt lở, phân tích địa hệ tự nhiên - kỹ thuật và phương pháp ma trận định lượng tương hỗ, công trình đã làm sáng tỏ các quy luật phát sinh và cơ chế phá hủy đất đá theo mùa mưa lũ. Đóng góp nổi bật của luận án là việc xây dựng thành công quy trình đánh giá nhanh ổn định mái dốc đất loại sét và phần mềm tính toán góc dốc bậc thang tối ưu trong điều kiện địa chất phức tạp. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực tiễn phục vụ công tác quy hoạch, thiết kế, thi công và quản lý an toàn mạng lưới giao thông khu vực miền Trung.