Luận án tiến sĩ vật lý học: Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa chất địa phương tới rung động nền do động đất gây ra trên tuyến Tây Đông thành phố Hà Nội

„ x ae Chi tiêt trong tiêng Anh Y nghĩa trong tiêng Việt Nam việt tắt 1D One-Dimensional Mot chiéu 2D Two-Dimensional Hai chiéu 3D Three-Dimensional Ba chiéu a Acceleration Gia tốc Aux G

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Giang Kiên Trung

LUẬN AN TIEN SĨ NGANH VAT LÍ HOC

Hà Nội - 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Giang Kiên Trung

Chuyên ngành: Vật lí Dia cầu

Mã số: 9440130.06

LUẬN ÁN TIEN SĨ NGÀNH VAT LÍ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC:

1 TS Phạm Đình Nguyên

2 TS Nguyễn Đức Vinh

Hà Nội - 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và dưới sự hướng dân khoa học của giáo viên hướng dan Cac sô liệu và két quả trình bày trong Luận án chưa từng được công bô trong công trình nào khác.

Các số liệu, thông tin, minh chứng và so sánh kết quả từ các nguồn tài liệu

tham khảo chỉ phục vụ cho mục đích học thuật và đã được trích dẫn tài liệu theo đúng quy định.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Tác giả Luận án

Giang Kiên Trung

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Đình Nguyên và TS Nguyễn Đức Vinh

những người thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo và đồng hành cùng tôi trong suốt quá trình

làm luận án Tôi đặc biệt trân trọng cảm ơn TS Lê Tử Sơn vì những chỉ bảo, góp ý của ông giúp tôi hoàn thành các nội dung nghiên cứu trong luận án.

Tôi xin cảm ơn anh Đỗ Anh Chung, TS Phí Hồng Thịnh, TS Thái Anh

Tuấn, PGS.TS Bùi Du Dương đã giúp tôi trong quá trình thu thập số liệu Tôi cũnggửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Ánh Dương, anh Mai Xuân Bách, anh Phan Văn

Quang, anh Đỗ Anh Chung vì những giúp đỡ cho việc quy chuẩn và hoàn thiện các

bản đồ, mặt cắt địa chất

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô, anh chị, bạn bè đồng nghiệp trong

Khoa Vật lí, Khoa Toán Cơ Tin học và Phòng Đào tạo Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong công tác cũng như quá

trình thực hiện luận án.

Cuối cùng, tất cả là đành cho gia đình của tôi, sự động viên, khích lệ của bố

mẹ và gia đình là lý do, động lực giúp tôi vượt qua được những khó khăn, thử thách

đê thực hiện và hoàn thành mọi việc trong bản Luận án.

Tác giả Luận án

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC - 52-52 S2 EE2E12E1211211211211211 111211 11211.111.111 11 101 12111 1

DANH MỤC CÁC CHU VIET TAT iececceccecssessessessessessessesuesucssesuessessessessssssstsssssssessesenaveess 3

DANH MỤC CAC BANG esesssssssssessssssessesssessecsvsssecsvsssessvssusssecsesssessssvessecsecanessessneaseseeaseaee 6

DANH MỤC CAC HINH VE, DO TH] ccccccsscsscssssssessessessessesscssesscsscssessesecsvsavsvsatsvsacevees 8

MO ĐẦU 5 c1 E211 211112112111 11 T1 11 1 1n 1n 1 111g 10 CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU, DANH GIÁ ANH HUONG

CUA DIEU KIỆN NEN LÊN DAO ĐỘNG DONG DAT TREN THE GIỚI VÀ VIET

1 16

Iinc ion 0 16

1.2 Các phương pháp đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất

01122525 18

1.2.1 Các phương pháp thực nghiỆm ¿2 2c 2232232213511 121151 rrey 18

1.2.1.1 Phương pháp dựa trên quan sát mức độ phá hủy và trường chấn động của

động đẤt - scs 1 1221121121111 11 11 11 11 1 11 1 111 1tr 18

1.2.1.2 Phương pháp sử dụng số liệu vi dia Chan ceccecccescessesssessesseesessessteseeees 19 1.2.1.3 Phương pháp sử dụng số liệu dao động yếu -2- 2-2 2+cz+xccxz2 21 1.2.1.4 Phương pháp sử dụng số liệu dao động mạnh - 2-2 22522522 22 1.2.1.5 Phương pháp sử dụng quan hệ thực nghiệm giữa địa chất mặt và cường độ 0000/01 200177 Ả ồốỖ ÔỒÔỎỖÔ 23

1.2.2 3h00): 050i: 27

1.2.2.1 Các phương pháp tính toán gần đúng (xấp xỉ) -¿-¿55z 55c: 27 1.2.2.2 Phương pháp giải bài toán truyền sóng trong môi trường ID 29 1.2.2.3 Phương pháp giải bài toán truyền sóng trong môi trường 3D 31

IZZ Màn o0 0.0 dd 33

1.3 Các nghiên cứu, phân tích hiệu ứng nền ở Việt Nam và thành phố Hà Nội 34

1.3.1 Các nghiên cứu, phân tích hiệu ứng nền ở Việt Nam 2- 2-5: =5+¿ 34 1.3.2 Các nghiên cứu hiệu ứng nền cho khu vực Hà Nội - ¿5s csczszvzszx+2 36 1.4 Kết luận chương Ì - 2 5£ ++SE£2EE2EE£EE2E152121122127112117121111 11.11.1111 xee 40

CHƯƠNG 2 DIEU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VUC HÀ NOI VÀ PHƯƠNG PHAP

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG TRONG LUẬN ÁN -ccc:22cvtitttkrrrrrrtrrrrrrrrrrrrre 41

2.1 Đặc điểm dia chấn, kiến tạo vùng nghiên cứu va lân cận - 2: s¿sz se: 4l

2.1.1 Một số đứt gãy hoạt động khu vực bồn trũng Sông Hồng - 4I

2.1.1.1 Đứt gãy Sông Hồng 2-52 SE2SE2E22EE2E2E121121121717111 111111 41

2.1.1.2 Đứt gãy Sông Chay ee cecccsceessessceceneesesseeeceeeseeseeeceesseeseeeeeeeeseeneeeseeas 41 2.1.1.3 Dutt gay Som 01 42

2.1.2 Đặc điểm hoạt động địa chấn khu vực Hà Nội 2-52-5222 43

2.1.3 Các nguồn phát sinh động đất có thé ảnh hưởng tới Hà Nội 44 2.2 Đặc điểm địa chất và phân loại nên đất khu vực Hà Nội theo các kết quả nghiên cứu

008519111

2.2.1 Đặc điểm địa chất 2.2.2 Phân loại nền đất khu vực Hà Nội theo các kết quả nghiên cứu từ trước 48

2.3 Cơ sở lí thuyết và một số chương trình nghiên cứu dao động nền - 52

2.3.1 Cơ sở lí thuyẾT ¿-©2- 5c St 2E 2112712112717112112112112111121111 0112110111 re 52 2.3.2 Khái quát về các chương trình nghiên cứu về dao động nền - 57

2.3.3 So sánh chương trình Shake và DEEPSOIL - 5-55 + s+veseeesee 58 2.4 Cơ sở dữ liệu va các phương pháp nghiên CUU eee cccecceeseeseeseeeeeeeeeeneenseeseenes 59

2.4.1 Công thức xác định vận tốc sóng ngang Ƒ/ ¿ ¿+¿22+++z++z++zxez 60 2.4.2 Các cách xác định chi số Trọng lượng riêng (Unit Weight) -. 5: 63 2.4.3 Lựa chọn các băng gia tốc cho mô phỏng số liệu với DEEPSOIL 65

2.4.4 Công tác thu thập sỐ liệu lỗ khoan khu vực Hà Nội ¿55 5c sec cssss2 67 2.5 Kết luận chương 2 -:- 2 + SE E9 EE2112E17112111111112111112111111 111111 11 re 70 CHƯƠNG 3 DANH GIÁ ANH HUONG CUA DIEU KIỆN NEN LÊN DAO ĐỘNG

ĐỘNG DAT TẠI HÀ NỘI: NGHIÊN CỨU CU THE CHO MAT CAT TIÊU BIÉU 71

3.1 Xây dựng mat cắt vận tốc địa chấn cho khu vực nghiên CỨU . -c<<ss+ 71

3.1.1 Dựng mặt cắt địa chất công trình tuyến đo khu vực Hà Nội 713.1.2 Đánh giá về mặt cắt dia chất công trình ¿- 2 +2z++x+zx+zx+rxrzzezrxee 75

3.1.3 Quan điểm vật lí về bước sóng ảnh hưởng tới môi trường (lớp địa chất) 77

3.1.4 Kết luận về việc xây dựng mặt cắt vận tốc địa chấn - -cs+ce+xezrxsxez 81 3.2 Phân tích, đánh giá anh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất trên tuyến

ttr Tay sang Dong Ha NOL HẠ 81

3.2.1 40:30:00 (009) 81

3.2.2 Các kết quả dat QUOC cecceccccscsssessesssessesssessesssessessesssessesssessessssssessesssessesssaeeeess 82

3.2.2.1 Kết qua mô phỏng dao động nền phan phía Tây của tuyến 82 3.2.2.2 Kết qua mô phỏng dao động nền phần phía Đông của tuyến 84 3.2.3 Tìm hiểu và Giải thích di thường tại lỗ khoan LK50 - 2525252 86

3.3 Quy luật của phô gia tốc theo tuyến Tây Đông -2-©22- 22tr 90

3.4 Kết luận chương 3 -¿-2¿- 2+Sx2E29E19212717112117112112117112111121111 1.111 ye 92

DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT

Kí hiệu „ x

ae Chi tiêt trong tiêng Anh Y nghĩa trong tiêng Việt Nam

việt tắt

1D One-Dimensional Mot chiéu

2D Two-Dimensional Hai chiéu

3D Three-Dimensional Ba chiéu

a Acceleration Gia tốc

Aux Gia tốc nền cực đại

Ay Fundamental Amplification Hé s6 khuyéch dai co ban

AHSA Araplica ¬ Spectral Phố khuếch dai ngang trung bình

Các lớp địa chất có nguồn gốc tỪ viéc

amQ bồi lap cua qua trinh bién tiên, biển lùi,

nguồn gốc sông hồ ASCE American Society of Civil Engineers Hiép hội kĩ su xây dựng Hoa Ki

CPU time Thoi gian chay may tinh

CR Chay River Sông Chay

Cy Undrained shear strength of soil Sức khang cắt không thoát nước của dat

ĐCCT Địa chất công trình

DGSC Dut gãy Sông Chay

DGSH Dut gãy Sông Hồng

ĐGSL Đút gãy Sơn La

ĐR Da River Sông Đà

cdQ Các lớp địa chất có nguồn gốc tại chỗ

do phong hóa từ nền đá gốc

G Shear modulus Mô-đun cắt

nh Độ dày tối thiểu của lớp đất được xét

“ dén trong nghiên cứu của luận án

kPa Kilo Pascal Kiô Pascal

LK L6 khoan

LR Lo River Sông Lô

H Độ dày

H, Phổ biên độ thành phần nằm ngang của

dao động tại bề mặt của đá gốc

Kí hiệu

viết tắt Chỉ tiết trong tiếng Anh Ý nghĩa trong tiếng Việt Nam

Phổ biên độ thành phần nằm ngang của

Hs dao động tại bề mặt của lớp dat

HAZUS- Multi-hazard risk assessment and Chương trình đánh giá rủi ro động đất

MH loss estimation va ước lượng thiệt hai

A/V Horizotal / Vertical Ty số H/V

HIVSR Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio Ty sô phô H/V (hay Phương phápNakamura)

ISC International Seismological Centre Trung tâm địa chan quốc tế

JMA Jap an Mete orological Agency Thang cường độ địa chấn Nhật Bảnseismic intensity scale

MMI : : : Thang cường độ dia chan Mercalli sửa(MM) Modified Mercalli Intensity đổi

The original magnitude relationship nae

M defined by Richter and Gutenberg in Richer) độ lớn địa phương (thang

1935 for local earthquakes.

MR Ma River Sông Mã

A magnitude based on the amplitude Độ lớn động đất tính dựa trên biên độ

M, „ hoy

of Rayleigh surface waves * sóng bê mat

MSK-64 Medvedev—Sponheuer—Karnik scale Thang cường độ địa chân Medvedev-Sponheuer-Karnik

My Moment magnitude Thang độ lớn mô men

N/A Not Applicable Khong ap dung

NEHRP National Earthquake Hazards Chương trình giảm nhẹ thảm họa động

Reduction Program dat quoc gia (Hoa Kì)

The Next Generation Attenuation Các mô hình suy giảm thé hệ tiếp theo

NGA (NGA) models for shallow crustal (NGA) cho các tran động dat ở lớp vo

earthquakes in active tectonic regions nông trong các vùng kiên tao hoạt động

National Research Institute for Earth Vien Nghiên mụn Qu oe gia ve Khoa hoc

NIED Science and Disaster Resilience Trai dat va Kha nang Chong chiu voi

Tham hoa (Nhat Ban)

Ngpr Standard Penetration Test blow-count Sô búa đập (nhát búa) trong thí nghiệmxuyên tiêu chuân (SPT)

PEER Pacific Earthquake Engineering Trung tâm Nghiên cứu dia chan công

Research Center trình Thái Bình Dương

PGA Peak Ground Acceleration Gia tốc nền cực đại

PGV Peak Ground Velocity Van tốc nền cực đại

PI Plastic Index Chi số déo

Kí hiệu

viết tắt Chỉ tiết trong tiếng Anh Ý nghĩa trong tiếng Việt Nam

Hệ số tương quan

r Correlation coefficient

RR Red River Sông Hồng

RRSZ Red River Shear Zone Đới cắt Sông Hồng

RSRA Tỷ lệ phổ phản ứng gia tốc

R Coefficient of determination số R bình phương) sỐ tương quan bội

Rup Distance to Fault Rupture Khoảng cách gần nhất tới mặt phá hủy

Sóng S — Shear wave Sóng ngang (sóng khối, sóng cắt)

SPT Standard Penetration Test Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

SPAC Spatial autocorrelation method Phuong pháp hiệu chỉnh không gian

SSR Standard Spectral Ratio Ty số phô tiêu chuẩn

Su Hiệu ứng của điều kiện nền dia phương

Su Soil undrained shear strength vi độ chong cat không thoát nước

To Fundamental Period Chu ky co ban

Ts Chu kỳ trội

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 9386 Thiết kế

9386 công trình chịu động dat.

Vz Shear wave velocity Vận tốc sóng ngang

l, Phổ biên độ thành phần thăng đứng của

dao động tại bê mặt của đá gôc

V Phổ biên độ thành phần thăng đứng của

dao động tai bê mặt của lớp dat

P2 The average shear wave velocity for Gia tri trung binh van tốc sóng ngang

' the top 30 m trong 30 m phía trên mặt

USD United States dollar Đồng đô la Hoa Kì

WGS84 World Geodetic System of 1984 Hệ thống trắc dia thế giới 1984

DANH MỤC CAC BANG

Tên Bảng

Bảng 1.1 Mức độ tăng cường độ chan động ứng với từng yếu tố địa chất

Bảng 1.2 Độ khuếch đại tương đối của các loại đất đá khác nhau

Bảng 1.3 Tóm tắt các công thức tính toán gần đúng

Bảng 2.1 Các vùng phát sinh động đất có thé anh hưởng tới Hà Nội [31]

Bang 2.2 Bảng các thông số nguồn cụ thé tại khu vực Hà Nội và lân cận [21]

Bảng 2.3 Các loại nền đất (theo TCVN 9386: 2012 [22] và Abolfazl Eslami

nnk., 2019 [33])

Bảng 2.4 Phân loại nền đất theo Tiêu chuẩn xây dựng quốc tế 2009 (IBC

2009) [98]

Bảng 2.5 Một số tương quan thực nghiệm giữa N-SPT và V,

Bang 2.6 Lựa chọn công thức tính V, từ mối tương quan với chỉ số N-SPT

Bảng 2.7 Công thức tính giá trị gamma (trọng lượng riêng)

Bang 2.8 So sánh giá trị gamma theo giá trị có san và theo cách tính của

Mayne

Bảng 2.9 Một số trận động đất có thông số nguồn phù hợp với nghiên cứu

Bảng 3.1 Vị trí tọa độ các lỗ khoan theo tuyến nghiên cứu Tây - Đông

Bảng 3.2 Thông tin chi tiết lỗ khoan CDS -14 (Ngọc Bài, Đại lộ Thăng

Long)

Bang 3.3 Thông tin chỉ tiết lỗ khoan M2 (Cổ Linh, Long Biên)

Trang

24 26

28

46

47 49

52 60

63

64

64

66 71

75

76

Tên Bảng

Bảng 3.4 Mối tương quan giữa các đại lượng vật lí và bước sóng

Bảng 3.5 Thông tin tiêu chuẩn của các lỗ khoan trong ĐCCT (VD: LK50)

Bảng 3.6 Các lỗ khoan được lựa chọn cho phân tích dao động nền ID

Bảng 3.7 Các thông số chỉ tiết lỗ khoan LK50 và giá trị PGA theo độ sâu

Bảng 3.8 Các trường hợp giả định về thông số địa chất với lỗ khoan LK50

Bảng 3.9 Giá trị gia tốc nền cực đại mô phỏng đọc theo tuyến Tây sang

Đông

Trang

77

78 82 86 88

90

DANH MỤC CÁC HÌNH VE, ĐỎ THỊ

Tên Hình vẽ, Đồ thị

Hình 1.1 Các đặc điểm dao động nền do động đất Mochiacan 1985 gây ra

(Nguồn: Semblat J.F và Pecker A., 2009 [147])

Hình 1.2 Chu kỳ tự nhiên được tính từ phố vi địa chan và chu kỳ dao động tự nhiên

thu được từ số liệu dao động mạnh (Nguồn: Lermo J và nnk., 1988 [112])

Hình 1.3 Các trạm thu số liệu đao động mạnh tại Nhật Bản (Nguồn: Okada Y., 2013

[136])

Hình 1.4 So sánh phổ phản ứng của các mô hình 1-D, 2-D và 3-D

(Việt hóa từ nguồn Bard P.Y và Riepl-Thomas J., 2000 [49])

Hình 1.5 Bản đồ phân vùng động đất chỉ tiết Thành phố Hà Nội

(Nguôn: Viện Vật lí Địa cầu, 1990 [32])

Hình 1.6 Bản đồ phân vùng động dat chi tiết Thành phó Hà Nội

(Nguồn: Nguyễn Hồng Phương và Phạm Thế Truyền, 2008 [16])

Hình 2.1 Bản đồ các đới đứt gãy sinh chân và chân tâm động đất khu vực miền

Bắc Việt Nam và lân cận Danh mục động đất cập nhật từ 1903 - 2019

(Nguồn: Phạm Thế Truyền 2020 [25])

Hình 2.2 Bản đồ miền Bắc Việt Nam với một số đứt gãy chính (RR: Sông Hồng,

DR: Sông Đà, CR: Sông Chảy, LR: Sông Lô, MR: Sông Mã, DBP: Điện Biên Phủ,

CB-TY: Cao Băng- Tiên Yên, CH-HG: Chí Linh - Hồng Gai)

(Nguồn: Tran Đình Tô và nnk., 2013 [159])

Hình 2.3 Bản đồ phân loại nền khu vực Hà Nội (Nguồn: Bùi Thị Nhung, 2018 [12])

Hình 2.4 Môi trường N lớp nằm ngang trên nửa không gian đá gốc

Hình 2.5 Phổ gia tốc của dao động động đất (CB08 typAR10) theo mô hình tắt dan

chan động Campbell K.W và Bozorgnia Y., 2008 [60] và phô gia tốc của băng gia

tốc Imperial Valley-06 (băng số 2, Bảng 2.9)

Tên Hình vẽ, Đồ thị Hình 2.6 Phân bó vị trí các hố khoan thu thập khu vực Hà Nội theo độ sâu

Hình 2.7 Phân loại vị trí các hỗ khoan thu thập khu vực Hà Nội theo SPT

Hình 3.1 Vị trí tuyến nghiên cứu trên bản đồ Thành phố Hà Nội

Hình 3.2 Mặt cắt tuyến địa chất theo hướng chạy từ Tây sang Đông của Hà Nội.

Hình 3.3 Mặt cắt vận tốc địa chan đọc theo tuyến Tây sang Đông thành phé Hà Nội

Hình 3.4 Kết quả mô phỏng hiệu ứng nền phần phía Tây mặt cắt khu vực Hà Nội

(Phổ gia tốc tại mặt đất khi mô phỏng tại các lỗ khoan VBPC, CDS14 và

HKC-CS04 so với phô gia tốc gốc của trận động đất Imperial Valley 1979)

Hình 3.5 Băng gia tốc Imperial Valley (đầu vào/ Input motion) và kết quả mô

phỏng băng gia tốc tại các vị trí Bắc Phù Cát (VBPC CL-LK3), Quốc Oai (CDS14)

và Đồng Mô (CDS14)

Hình 3.6 Kết quả mô phỏng hiệu ứng nền phần phía Đông mặt cắt khu vực Hà Nội

(Phổ gia tốc tại mat đất khi mô phóng tại các lỗ khoan LK50, LKSDT và LK3P16

so với phô gia tốc gốc của trận động đất Imperial Valley 1979)

Hình 3.7 Băng gia tốc Imperial Valley (đầu vào/ Input motion) và kết quả mô

phỏng băng gia tốc tại các vị trí Đê La Thành (LK50), Chương Dương Độ (LK5DT)

va Thanh Trì (LK3P16).

Hình 3.8 Đồ thị PGA phân bồ theo độ sâu tại lỗ khoan LK50

Hình 3.9 Kết quả mô phỏng phổ gia tốc tại LK50 khi thay đổi cấu trúc địa chat

a) Các lớp bùn trong lỗ khoan LK50 được thay thế bằng lớp sét phủ trên mặt;

b) Các lớp nằm trên lớp sỏi cuội được thay thế bằng các lớp bùn.

Hình 3.10 Dấu vết đôi dong hệ thống Sông Hồng cô

(Vẽ lại từ nguồn của tác giả Nguyễn Xuân Đạo, 1984) [13]

Hình 3.11 Đồ thị biên độ cực đại gia tốc rung động nền, thành phần nằm ngang

dọc theo tuyến Tây sang Đông Hà Nội

Hình 3.12 Đồ thị xu thé chu kỳ trội doc theo tuyến Tây-Đông Hà Nội

Trang

68

69

73 74

MỞ DAU

Điều kiện địa chất của các cấu trúc địa phương có những ảnh hưởng quantrọng tới rung động địa chấn Điều này đã được chứng minh trong nhiều tài liệu

chuyên ngành địa chan công trình (Bard P.Y và Riepl-Thomas J., 2000 [49]; Ansal

A., 2004 [45]; Trifunac M.D., 2016 [163]) Các quan trắc về rung động nền tại

thành phô San Francisco, thành phố México hay Đài Bắc đưa ra minh chứng cụ thécho dạng ảnh hưởng này Ở San Francisco trong suốt cả hai trận động đất 1906 SanFrancisco và 1989 Loma Prieta, các tram tích yếu địa phương đã gây ra sự khuyếchđại rung động nền, làm gia tăng cường độ chan động lên 2 cấp (theo thang MMI)

Trường hợp thành phố México cũng tương tự Khi trận động đất xa Guerrero

Michoacan ngày 19/9/1985 xảy ra, các trầm tích sét bùn, hồ ao rất xốp bên dướivùng trung tâm của thành phố đã tạo ra những khuyếch đại rất lớn và gây ra nhữngmat mát cả về người và của vô cùng thảm khốc (Anderson J.G và nnk., 1986 [43];Beck J.L va Hall J.F., 1986 [50]; Murillo J.M.M., 1995 [127]) Trận động đất với

độ lớn M = 8,1 (M,) này xảy ra tại Michoacan, gần bờ biên Thái Bình Dương nhưngphần lớn thiệt hại do trận động đất gây ra lại ở thành phố México cách đó khoảng

400 km Đã có 317 ngôi nhà cao tang bị phá hủy, 10 nghìn người chết và bị thương,tổng thiệt hại lên đến 4 tỉ USD

Các trận động đất phá hủy gan đây như Spitak 6 Armenia năm 1988 [66], ở

lran năm 1990 [99] ở Philippines năm 1990 [158], ở Kobe Nhật Bản năm 1995

[103] hay Chi-Chi tại Dai Loan năm 1999 [151]) đều mang bằng chứng về mức độquan trọng đặc biệt của những ảnh hưởng từ điều kiện địa chất gần mặt đất Trườnghợp động đất Chi Chi ở Đài Loan năm 1999 là một ví dụ tiêu biểu Trận động đất

với độ lớn M = 7,6 (M,,) xảy ra ở khoảng cách 160 km trong điều kiện thông thườngthì không thể gây ra cường độ chấn động quá cấp 6 tại Đài Bắc Tuy nhiên, quantrắc thực tế lại ghi nhận được mức cường độ chan động đạt cấp VIII và dao độngthuộc loại chu kỳ dai Nguyên nhân dẫn đến những thay đổi bất thường này không

gì khác ngoài các ảnh hưởng của điều kiện địa chất địa phương Do đó, việc đánh

10

giá ảnh hưởng của điều kiện nền tại các vị trí cụ thê tới rung động địa chấn đã trởthành mục tiêu của các chương trình phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do động đấtgây ra Các đánh giá này phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch sử dụng đất vàthiết kế các công trình xã hội quan trọng.

Trên thế giới, các nghiên cứu về vấn đề này đã được tiến hành từ rất sớm

(Brady A.G., 1966 [58]; Trifunac M.D va Brady A.G., 1975 [162]; Whitman R.V.,

1973 [170]; Whitman R.V va nnk., 1997 [171]; Aki K va Inkura K., 1991 [37]; Calvi G.M và nnk., 2006 [59]; Sanchez-Sesma F.J va Crouse C.B., 2015 [145];

Trifunac M.D., 2016 [163]) Từ những tap số liệu thực tế thu nhận được qua phầnlớn các trận động đất mạnh đã xảy ra trên thế giới, kết hợp với các khảo sát địa kĩthuật và khoan thăm dò chỉ tiết, cơ sở lí thuyết chung về ảnh hưởng của điều kiện

nền lên rung động động đất cùng các phương pháp đánh giá chúng đã được thiết

lập Tuy nhiên, do tính đa dạng và phức tạp của các yếu tố điều kiện địa chất địaphương, không phải mọi vấn đề trong hướng nghiên cứu này đều đã sáng tỏ (Bard

P.Y và Riepl-Thomas J., 2000 [49]).

Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu này cũng đã được quan tâm triển khai song

đến nay các kết quả đạt được vẫn còn khá khiêm tốn (Nguyễn Đình Xuyên và nnk.,

1996 [29]; Nguyễn Hồng Phương, 2002 [14]; Lê Tử Sơn, 2003 [17]; Phạm ĐìnhNguyên, 2002 [10]; Nguyễn Ngọc Thủy và nnk., 2004 [21]; Trịnh Việt Bắc va nnk.,

2011 [2]; Nguyễn Công Thăng va Pham Dinh Nguyên, 2012 [20]; Thái Anh Tuan và

Nguyễn Đức Vinh, 2012 []; Lê Huy Minh và nnk., 2017 [9], Phạm Thế Truyền và

Nguyễn Hồng Phương 2019 [165]) Cũng cần phải nói rằng, việc nghiên cứu đánhgiá những ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất ở Việt Nam có nhữngkhó khăn do khách quan đem lại Mức độ hoạt động động đất vừa phải tại phần lớnlãnh thé, mạng lưới trạm địa chấn phân bé thưa, kinh phí nghiên cứu hạn chế là

những khó khăn vô cùng to lớn cho việc thực hiện các nghiên cứu này.

Hiện nay cùng với sự nghiệp đổi mới của nước nhà, nhịp độ xây dựng ở nước

ta ngày càng phát triển Mặc dù hoạt động động đất ở Việt Nam không thực sựmạnh mẽ như các quốc gia nằm trên các vành đai động đất của Thế giới ([28], [31])

11

nhưng mối nguy hiểm từ dạng thiên tai này là không thể loại trừ và xem nhẹ Hiệntượng động đất xảy ra dồn dập ở Bắc Trà My tỉnh Quảng Nam sau khi thủy điệnSông Tranh 2 đi vào hoạt động đưa ra cảnh báo rất rõ về van dé này Việc giảmthiểu các hiểm họa do động đất gây ra để xây dựng một xã hội phát triển bền vữngcũng là một mục tiêu quan trọng ở Việt Nam Chính vì vậy, nhu cầu có được nhữngkết quả nghiên cứu, đánh giá về ảnh hưởng của điều kiện nền cụ thê tới rung độngnền một cách hệ thong hon, định lượng hơn ở Việt Nam là rất cấp thiết.

Trên bản đồ phân vùng động đất Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000, dia bàn thànhphó Hà Nội bị cắt qua bởi đới đứt gay Sông Hồng, Sông Chay - được đánh giá làđới đứt gãy hoạt động, có thé phát sinh động đất với độ lớn M = 6,1 đến 6,5 và

thuộc vào vùng chấn động cực dai cấp VIII ứng với nền loại A (xem [21], [31])

Một thực tế là phần lớn diện tích của thành phố Hà Nội nằm trên nền trầm tích dày

và yếu, rất it nơi có thể xếp thuộc dạng nên loại A (xem [21], [29], [32]) Đồng thời,

Hà Nội với vị thé là thủ đô của đất nước nên có tốc độ phát triển các công trình xâydựng cao Rất nhiều các công trình quan trọng và đặc biệt quan trọng đã, đang và sẽ

được xây dựng trên dia bàn thành phó Chính vì vậy, việc đánh giá chính xác ảnh

hưởng của điều kiện nền cụ thể tại đây tới rung động nên phục vụ quy hoạch và lựachọn các biện pháp kháng chan hợp lý trong xây dựng các công trình đã được khangđịnh là vô cùng quan trọng Trong bối cảnh đó, trước đây việc thực hiện các nghiêncứu theo hướng này nhằm lập bản đồ phân vùng động đất chỉ tiết cho thành phố HàNội cũng đã được tiễn hành nhiều lần, chia làm nhiều giai đoạn khác nhau, tương

ứng với nguồn số liệu sẵn có, năng lực về khoa học và công nghệ trong lĩnh vực

phân vùng động dat của Việt Nam cũng như mức phát triên kinh tế - xã hội của Hà

Nội tại những giai đoạn đó (xem [32], [29], [14], [21]) Tuy vậy, các nghiên cứu

hiện tại cho khu vực Hà Nội diễn ra chủ yếu ở phía Tây thành phố và các quận trung

tâm Bên cạnh đó các tác giả chủ yếu hướng đến mục tiêu xây dựng các bản đồ phân

vùng chấn động hoặc gia tốc rung động nền đã tính đến các ảnh hưởng của điều

kiện nền cho địa bàn thành phố phục vụ công tác quy hoạch và quản lý xây dựng

trên địa bản thành phó Do vậy các khảo sát, nghiên cứu chi tiết, có tính hệ thống về

ảnh hưởng của các tham số vật lí phản ánh định lượng điều kiện nền tới dao động

12

động đất tại Hà Nội ít được đi sâu phân tích Với dạng cau trúc bổn trầm tích như

Hà Nội, các mô phỏng, tính toán số 1D là giải pháp tiềm năng cung cấp thêm thôngtin về ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất tại Hà Nội Đề tài nghiêncứu “Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa chất địa phương tới rung động nền dođộng đất gây ra trên tuyến Tây Đông thành phố Hà Nội” được lựa chọn cho luận án

tiên sĩ này trong bôi cảnh như vậy.

Mục tiêu của luận án

Đánh giá định lượng các biến đổi của rung động nền do động đất gây ra tai

Hà Nội trong điều kiện địa chất địa phương tại đây

Nội dung nghiên cứu

Đề giải quyết được mục tiêu luận án đặt ra, đề tài sẽ được thực hiện với các

nội dung chính sau đây:

- Khảo sát một cách hệ thống các phương pháp đánh giá ảnh hưởng của điều

kiện nên tới rung động nên đã được nghiên cứu trên Thê giới và ở Việt Nam;

- Thu thập tài liệu, phân tích, đánh giá các điều kiện địa chất địa phương cụthể của Hà Nội, từ đó xác định giải pháp cho nhiệm vụ đặt ra sao cho kết quả nhận

được đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy cũng như hiệu quả kinh tế;

- Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa chất địa phương cụ thê của Hà Nộitới rung động nền do động đất gây ra tại đây

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Đề tài Luận án “Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa chất địa phương tới

rung động nền do động đất gây ra trên tuyến Tây Đông thành phố Hà Nội” góp phanđánh giá cụ thể hiệu ứng nền của khu vực Hà Nội Luận án đã hệ thống, phân loạiđược các phương pháp đánh giá dao động nền đã và đang được sử dụng: nghiên cứu

phương pháp tính toán xác định vận tốc sóng ngang, xác định chỉ số trọng lượngriêng, thu thập và chỉnh lý thông tin các lỗ khoan địa chất công trình đã có Từ đó

chọn lựa được phương pháp phù hợp cho nghiên cứu của mình là tính toán 1D

thông qua chương trình DEEPSOIL Kết quả đã xây dựng được một mặt cắt vận tốc

13

địa chan từ Tây sang Đông thành phố Hà Nội, cũng như có những tính toán và đánhgiá về hiệu ứng nên tại Hà Nội trên tuyến này.

Điểm mới của luận án

- Điểm mới số 1: Luận án đã xây dựng được một mặt cắt vận tốc địa chấn

trên cơ sở số liệu cập nhật phong phú, phương pháp nghiên cứu tin cậy phục vụcông tác đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất trên tuyến

Tây Đông thành phố Hà Nội; Góp phần làm sáng tỏ một số đặc điểm địa chấn cho

khu vực nghiên cứu.

- Điểm mới số 2: Lần đầu tiên ở Việt Nam anh hưởng của điều kiện nền lêndao động động đất ở thành phố Hà Nội được đánh giá một cách định lượng, có hệthống dọc theo tuyến Tây Đông cắt qua thành phố thông qua chương trìnhDEEPSOIL Kết quả cho thấy:

+ Hiệu ứng nền do động đất gây ra trên tuyến Tây Đông là rõ rệt khi độngđất mạnh xảy ra, thé hiện qua xu thé chung của việc tăng biên độ gia tốc và chu kỳ

trội của rung động nén tại đầu phía Đông - nơi bề dày các lớp trầm tích yêu lớn hơn

- có giá trị lớn hơn khi so với phía Tây - nơi bề dày các lớp trầm tích yếu nhỏ hơn

+ Tuy nhiên, với trường hợp cá biệt, tại vị trí có lớp đất yếu (lớp có vận tốc

<80 m/s) trên mặt với bề dày lớn hơn 30 m, khi động đất xảy biên độ gia tốc dao

động nền lại có xu hướng giảm, mặc dù chu kỳ trội của rung động nền vẫn có xu

hướng tăng lên.

14

Cầu trúc của luận án Luận án được chia thành 3 chương chính.

Chương 1: Tổng quan về công tác nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của điềukiện nền lên đao động động đất trên thế giới và Việt Nam

Chương 2: Điều kiện tự nhiên khu vực Hà Nội và phương pháp nghiên cứu

áp dụng trong luận án

Chương 3: Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất tại

Hà Nội: Nghiên cứu cụ thé cho mặt cắt tiêu biểu

Kết quả công bố

Tác giả của luận án là tác giả chính của 3 công trình có ý nghĩa khoa học và

thực tiễn, gồm: 1 bài báo đăng trong tap chí khoa học chuyên ngành quốc tế; 2 bài

báo đăng trên tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia uy tín

15

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ

ANH HUONG CUA DIEU KIỆN NEN LEN DAO DONG DONG DAT

TREN THE GIOI VA VIET NAM

1.1 Giới thiệu

Khi một trận động đất xảy ra, các rung động địa chấn đồng thời được sinh ra

và truyền đi trong lòng đất Rung động tại các lớp đất gần bề mặt trái đất do độngđất gây ra được gọi tắt là rung động nén trong động đất Dạng rung động nay có thé

gây phá hủy các công trình xây dựng, gây sóng thần, gây trượt lở đất, hóa lỏng nềnđất Rung động nên trong động đất mạnh vi vậy thường gây nhiều tôn thất to lớn

cả về con người cũng như tài sản, tùy thuộc vào biên độ, tần số của rung động Cáctham số rung động nền như vậy phụ thuộc vào độ lớn, cơ cấu chấn tiêu của động

đất, khoảng cách từ vi trí động đất phát sinh tới vi trí quan sát và điều kiện địa chất

đặc biệt gần mặt đất (gọi tắt là điều kiện nền) vị trí quan sát Trong một số trường

hợp đã được ghi nhận, điều kiện nền đã tác động mạnh tới các rung động nền dođộng đất sinh ra, làm chúng bị biến đổi thành các rung động mạnh hơn với chu kỳ

Đã có rất nhiều các nghiên cứu trên thế giới về phản ứng của nền đất khiđộng đất xảy ra Hai ví dụ nổi tiếng cho hiện tượng này xảy ra ở thành phố Méxiconăm 1985 và ở Đài Loan năm 1999 Ở thành phố México, bên dưới vùng trung tâmthành phố là các trầm tích bùn sét hồ ao rất xốp Điều kiện này đã dẫn tới nhữngkhuếch đại rất lớn khi xảy ra động đất Điển hình là năm 1985 trận động đất mạnh8,1 Richter (M,) xảy ra ở Michoacan cách thành phố khoảng 400 nhưng đã gâynhững tác động khiến 317 ngôi nhà cao tầng bị phá hủy, 10 nghìn người chết và bịthương với tổng thiệt hại lên tới khoảng 4 tỉ đô la Hoa Kì (Anderson và nnk., 1986

[43]; Beck J L và Hall J.F., 1986 [50]; Murillo J M M., 1995 [127]; Semblat, J.F

va Pecker, A., 2009 [147]) Vi du thứ 2 la động dat Chi Chi 6 Dai Loan nam 1999

Độ lớn động đất tại chấn tâm là M, = 7,6; M, = 7,3 và cách thành phố Đài Bắc

khoảng 160 km Về lí thuyết nó chỉ có thé gây chan động không vượt qua cấp 6nhưng thực tế cường độ ghi nhận được ở Dai Bắc là cấp 8 và phi nhận ở các trạmđịa chấn trong và xung quanh bồn trũng Đài Bắc cho thấy dao động thuộc loại chu

ky dài (Shin T.C va Teng T., 2001 [151]; Fletcher J.B và Wen K.L., 2005 [82|).

Nguyên nhân của những biến đổi nay là do điều kiện nền địa phương

Trong nhiều thập kỉ qua vấn đề này đã được quan tâm nghiên cứu bởi nhiềuchuyên gia trên thé giới (Brady A.G., 1966 [58]; Trifunac M.D va Brady A.G.,

1975 [162]; Whitman R.V., 1973 [170]; Whitman R.V va nnk., 1997 [171]; Aki K.

va Irikura K., 1991 [37]; Calvi G.M va nnk., 2006 [59]; Sanchez-Sesma F.J va

Crouse C.B., 2015 [145]; Trifunac M.D., 2016 [163]) và ở Việt Nam (Nguyễn Dinh

Xuyên và nnk., 1996 [29]; Nguyễn Hồng Phuong, 2002 [14]; Phạm Dinh Nguyên,

2002 [10]; Lê Tử Sơn, 2003 [17]; Nguyễn Ngọc Thủy và nnk., 2004 [21]; Trịnh

Việt Bắc và nnk., 2011 [2]; Nguyễn Công Thăng và Phạm Đình Nguyên, 2012 [20];

Lê Huy Minh và nnk., 2017 [9]) Rất nhiều cách tiếp cận đã được đưa ra: phương

pháp đánh giá dựa trên quan sát trường chan động, phương pháp sử dụng số liệu viđịa chan, phương pháp sử dụng số liệu dao động yếu, phương pháp sử dụng số liệudao động mạnh, phương pháp giải bài toán truyền sóng 1D hay phương pháp giải

bài toán truyền sóng trong môi trường 3D có kết hợp với mô phỏng Trong luận án

17

này chúng tôi sẽ đi chỉ tiết về các phương pháp đã và đang được áp dụng trên thế

giới cũng như đang áp dụng ở Việt Nam.

1.2 Các phương pháp đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động

thành phố Tokyo gây ra bởi trận động đất năm 1855 kết hợp với bản đồ địa hình ông

đã xây dựng nên bản đồ phân vùng địa chấn cho thành phố (Midorikawa S., 2002[125]) Công tác khảo sát chi tiết phạm vi trường chan động gây ra bởi động đất

cũng đã giúp vi phân vùng động đất cho nhiều khu vực trên thế giới (Lastrico R M

va Monge J E., 1972 [108]; Kuroiwa J., 1982 [107]; Siro L., 1982 [152]; Iglesias,

1988 [97]; Mogi K., 1995 [126]).

Dù có những khó khăn trong việc chuyên đổi số liệu cường độ chan động tới

các thông số thiết kế định lượng hoặc thiếu số liệu chi tiết về mức độ phá hủy của

những trận động đất lớn cho những khu vực mong muốn song ngày nay phươngpháp vẫn được sử dụng ở nhiều nơi như Nhật Bản, México, Chile, Peru, Italia, HyLạp hay Pháp Những nghiên cứu gần đây ở Châu Au (Hill M.P va Rossetto T.,

2008 [94], Trung Quốc (Zhao B và nnk., 2009 [177]), Tây Ban Nha (Romão X vànnk., 2013 [143]), Nepal (Malla S và nnk., 2019 [116]) đã cung cấp nhiều thông tinhữu ích cho việc xây dựng và phân loại tổn thương trong các trận động dat Phươngpháp quan sát trường chắn động cũng đã trở thành điểm khởi đầu cho nhiều phương

pháp dự đoán, đánh giá động đất ngày nay

18

1.2.1.2 Phương pháp sử dụng số liệu vi địa chan

Vi dia chan là thuật ngữ được sử dung biểu thị các đao động của nền đất gây

ra bởi môi trường tự nhiên hay các nhiễu xung quanh như gió, sóng biển, giaothông, nhà máy công nghiệp các dao động này được ghi bởi các máy địa chan có

độ nhạy cao Phổ vi địa chan là phương pháp thô nhất, chủ yếu là xác định các tan

số ở các biên độ cực đại qua phổ trung bình của sóng vi dia chan thuần túy Các nhà

khoa học Nhật Bản cho rang các đặc trưng phổ của dao động vi địa chan cho thaymột vai quan hệ với điều kiện địa chất nền Vi dụ một chu kỳ trội của sóng vi địachan nhỏ hơn 0,2 s là một chỉ số của dat khá ran hay đá, trong khi đó các chu kỳ dai

hơn chỉ ra các trầm tích dày hơn và xốp hơn Các tần số tại các biên độ cực đại nàycũng đã được giải thích là có quan hệ với các tần số cộng hưởng cơ bản của khu vựckhảo sát Các khảo sát thực nghiệm tại các vi trí như thành phố México trên Hình

1.2 (Lermo J và nnk., 1988 [112]), Los Angeles (Yamanaka H và nnk., 1993

[175]), Đài Bắc (Wen K.L và Huang J.Y., 2012 [169]) và ở nhiều vị trí khác tạiNhật Bản đã đưa ra những bằng chứng rõ rệt cho nhận định trên

Chu ky tự nhiên thu từ dữ liệu dao động mạnh (s)

Hình 1.2 Chu kỳ tự nhiên được tính từ phổ vi địa chấn va chu kỳ dao động tự nhiên thu

được từ số liệu dao động mạnh (Nguồn: Lermo J và nnk., 1988 [112])

19

Ảnh hưởng của điều kiện nền tại một vị trí nghiên cứu được xác định qua tỷ

sỐ phổ của các băng vi dia chấn nhận được ở vị trí nghiên cứu và vi trí tham khảo

Ở đây vi trí tham khảo cần năm đủ gần So với vị trí nghiên cứu dé đảm bao sự khácbiệt giữa các vị trí chỉ là đo điều kiện nền mà không phải do sự khác biệt của nguồnnhiễu hay đường truyền Ngoài ra, vị trí tham khảo cần nằm trên nền đá gốc nằm

ngang chưa bị phong hóa.

Tỷ số phổ H/V (được viết tắt là HVSR hay còn gọi là kĩ thuật Nakamura): là

ty số phổ Fourier giữa thành phần nằm ngang và thành phan thang đứng của cácsóng vi địa chân Nakamura cho rằng tỷ số H/V cho phép đánh giá phản ứng nền đất

đối với các sóng S và đưa ra những kết quả tin cậy không chỉ về các tần số cộnghưởng mà còn về độ khuếch đại tương ứng Điều này dựa trên giả định rằng sóng viđịa chan, vi dụ như sóng Rayleigh lan truyền trong một lớp đơn (lớp đất xốp) nam

trên nửa không gian phía trên đá gốc [129]

Trong miền tần số, dao động vi địa chấn như vậy có thể biểu diễn qua 4 loạiphô biên độ: phổ biên độ thành phan thắng đứng, thành phần nằm ngang của dao

động tại bề mặt của lớp đất [V«(w), H,(w)] và phổ biên độ của thành phần thang

đứng và thành phần nằm ngang tại bề mặt của đá gốc [V.(w), H;(w)]

Nakamura (1989) đã kiểm tra bằng thực nghiệm qua các bản ghi địa chấn

thu được trong lỗ khoan và rút ra rằng:

do do:

¬ (1.2)

ở đây Sy là hiệu ứng của điều kiện nền địa phương

Chính từ công thức trên ông cho răng ảnh hưởng của điều kiện nền có thé

được xác định bởi ty số phổ biên độ giữa thành phan năm ngang và thành phanthăng đứng của dao động vi địa chấn Các kết quả tương tự cũng được Kazuoh Seo

và nhiêu người khác chỉ ra trong nghiên cứu về sóng vi địa chân ở bon trting Fukui

20

ở Nhật Ban năm 2000 (Seo K và nnk., 2000 [148]) Cho tới nay, kĩ thuật Nakamura

được đánh giá là một trong những phương pháp rẻ nhất, phù hợp nhất cho nhữngtính toán khá tin cậy về các tần số cơ bản của các trầm tích xốp Năm 2019Nakamura đã nhận xét bổ sung rằng “Phương pháp Nakamura không chỉ sử dụng ty

sé phổ H/V ở mặt đất dé ước tinh tần số cộng hưởng và hệ số khuếch đại của lớp bề

mặt mà cũng sử dụng tỷ số phổ H/V ở đỉnh của tòa nhà để ước tính tần số cộnghưởng và hệ số khuếch đại của tòa nhà và mặt đất.” [131]

Trong quá trình phát triển, phương pháp vi địa chấn đã được chia thành 2

nhóm: nhóm sử dụng một trạm thu (nguyên lý đã được trình bày ở trên) được xem

là công cụ tiêu chuan dé tinh chu kỳ dao động tự nhiên và nhóm sử dụng nhiều trạm

thu được gọi là phương pháp hiệu chỉnh không gian (phương pháp SPAC) Phương

pháp SPAC được đề xuất bởi tác giả Aki K năm 1957 [35] và được các tác giả

Henstridge J.D., 1979 [92]; Okada H., 1998 [134], 2006 [135]; Haney M.M va

nnk., 2012 [88] phát triển thêm Kudo K và nnk năm 2002 [106] cũng như

Apostolidis P và nnk., 2004 [46] đã triển khai phương pháp SPAC trong thực tế

Tác giả chỉ ra rằng phương pháp hiệu quả trong việc xác định vận tốc sóng S và cácđặc tính của nền địa phương trong trường hợp có hiệu ứng nền xảy ra

1.2.1.3 Phương pháp sử dụng số liệu dao động yếu

Số liệu dao động yếu được ghi nhận từ các sự kiện địa chấn tự nhiên hoặcnhân tạo cỡ vừa và nhỏ (các trận động đất với chan cấp nhỏ, các dư chấn của cáctrận động đất lớn, các vụ nỗ mìn khai thác mỏ hay các vụ thử vũ khí hạt nhân).Dạng số liệu như vậy (ghi nhận bằng các thiết bị số truyền thống có độ nhạy cao) có

thé được sử dụng trong việc xác định phản ứng nền đất Khó khăn lớn nhất trongviệc sử dụng số liệu loại nay (Field E.H va Jacob K., 1995 [80]) là việc loại bỏ cácảnh hưởng của nguồn và đường truyền Có hai kĩ thuật thường xuyên được sử dụng

thực chất tương tự như phương pháp tỷ số phô được dé cập trong mục 1.2.1.2 Điềukhác biệt ở đây là số liệu được sử dụng là số liệu động đất yếu được ghi nhận bởimột mạng lưới trạm địa chắn đủ dày (giả thiết rằng khoảng cách giữa các trạm trong

hệ thống mạng trạm nhỏ hơn khoảng cách từ chan tâm tới tram) Phương pháp đãđược rất nhiều tác giả sử dụng trong nghiên cứu của mình như Borcherdt R.D., 1970

[55], 1994 [57]; Andrews D.J., 1986 [44]; Field E.H va Jacob K., 1995 [80];

Tramelli A va nnk., 2010 [160]; Priolo E va nnk., 2020 [138].

- Kĩ thuật không có vi trí tham khảo: trong thực tế các vị trí tham khảo thích

hợp không phải lúc nào cũng có (Steidl J.H và nnk., 1996 [156]) Và một kĩ thuật

rat đơn giản được đề xuất: là lay tỷ số phố giữa các thành phần nằm ngang và thành

phần thắng đứng của phần sóng ngang là có thể xác định được phản ứng của nền

đất Kĩ thuật này thực chất là tổ hợp giữa phương pháp mà Langston C.A., 1979[109] đã dùng dé xác định cấu trúc vận tốc vỏ Trái dat từ tỷ số phổ giữa thành phan

nằm ngang và thành phần thắng đứng (HVSR) của các sóng P và phương pháp của

Nakamura Y., 1989 [129]; 1996 [130] Các tác giả Lermo J., và Chavez-Garcia F.J.,

1993 [113] đã sử dung phương pháp này để tính toán dao động nền cho 3 thành phókhác nhau ở México, đó là Oaxaca Oax., Acapulco Gro và thành phố México từ mộttrạm thu duy nhất Tuy nhiên qua thực nghiệm đã chỉ ra kĩ thuật này chỉ được ápdụng và kiểm tra cho các vị trí trên nền đất xốp và có thé không phù hợp cho nhữngdạng điều kiện nền khác Field E.H và Jacob K., 1995 [80]; Bard P.Y và Riepl-

Thomas J., 2000 [49].

1.2.1.4 Phương pháp sử dụng số liệu dao động mạnh

Với sự phát triển của mạng trạm ghi dao động mạnh trên thế giới nên nhiềuthành phố (Los Angeles, México, Đài Bắc, Tokyo) có thê sử dụng phương pháp ởmục 7.2 7.3 nhưng là với số liệu là các dao động mạnh

Thành phố México là một vi dụ, mạng lưới các trạm ghi dao động mạnh ghi

nhận được trung bình ít nhất một sự kiện một năm cho phép thu được những kết quả

có độ tin cậy và độ chi tiết đủ dé thực hiện vi phân vùng thực nghiệm Số liệu năm

2013 của tác giả Okada cho thấy mạng lưới các trạm ghi số liệu dao động mạnh

22

quốc gia của Nhật Bản đã tăng lên gần 2000 trạm (Hình 1.3) Tại Đài Loan, từ đầunhững năm 1990 các trạm ghi số liệu dao động mạnh đã được triển khai trên phạm

vi rộng Và phương pháp sử dụng số liệu dao động mạnh dé đánh giá dao động nền

đã được sử dụng để theo dõi động đất theo thời gian thực từ năm 1995 (Wu Y.M và

nnk., 1997 [173]; 2019 [174]) Những số liệu này không chỉ được sử dụng trong các

dự án xây dựng hay quy hoạch đô thị mà còn hỗ trợ rất hiệu quả cho những hệ

thông cảnh báo động đât sớm ở các nước như Nhật Bản, Đài Loan và nhiêu quôc

gia khác.

D O D d OD

7 TPs 7 Tg

° JMA87-type — ⁄ "` - KrNET -, mm - —

- JMAQ3-type 77T TT 2277 TT” TNG yf] + KKCnet 7 aa SA Lf

(as of Jan.1995) \ 7 1 oJ tet | Fenet 1 este nee Cố- ‘es ch Ue] Gas of Apr.2003) ly en eo a tall

ea’ ee ——— \ ee cth

Ị JF} | JF} r1 _ £

Poe “g! ‘ ¡ xí NIED eee ea \-type: sins từ k

(or OP | | Kener: 1045 sins | UR,

93-type: I 98 stns \ te eS

| ` _| KiK-net: 692stns {Fee ah

MON = - -|-~ = ¬ ee ~~ Oe, “- (as of Jan 1995 " _E-net:— ` 73 sms Tự) ‡ '

-_ (as of Mar 2011)

Hình 1.3 Các trạm thu số liệu dao động mạnh tại Nhật Bản (Nguồn: Okada Y., 2013 [136])

1.2.1.5 Phương pháp sử dụng quan hệ thực nghiệm giữa địa chất mặt và cường độ

chân động

Địa chất bề mặt khu vực thường được sử dụng dé giai thich su gia tang

cường độ chấn động quan sát được ở mỗi khu vực Các mối tương quan thực

nghiệm giữa địa chất bề mặt và sự gia tăng cường độ chấn động được đề xuất bởirất nhiều nhà nghiên cứu và được tóm tat trong Bang 1.1 Ở đây mối tương quan do

Mevedev S.V [122] đưa ra đã được sử dụng rộng dãi ở các nước Đông Âu cho các

23

nghiên cứu vi phân vùng động đất, trong khi đó các mối tương quan do EverndenJ.F và Thomson J.M [76] được sử dụng ở các nước Tây Âu cho các nghiên cứu

mang tính dự báo.

Dù các môi tương quan này được đưa ra dựa trên sô liệu từ một sô khu vực

nhất định (California, Hoa Ki; Chi Lê; Nhật Ban và Trung A) nhung nếu có sự hiệu

chỉnh cho sự khác nhau giữa các thang đo JMA, MMI hay MSK-64 chúng sẽ có thé

áp dụng cho các nơi khác trên thé giới (Bard P.Y và Riepl-Thomas J., 2000 [49])

Bang 1.1 Mức độ tăng cường độ chan động ứng với từng yếu tố địa chất

Yếu t6 địa chat cường độ chấn độngMức độ gia tăng

Cac đá từ Creta tới Eoxen 1,2

Các đá đệ tam không phân chia 1,3

Cac đá từ Oligocen tới Pliocen trung 1,5

[76]

Mức độ gia tăng

Yêu tô địa chat cường độ chấn động Nguôn

Các đá núi lửa Đệ tam 0,3

Cac đá núi lửa Dé tứ 0,3

Bồi tích với

Mực nước ngầm < 10 m 3,0Mực nước ngầm 10 - 30mm 2,0

Mực nước ngầm > 30m 1,0

Talus va Andesite 0,0

Cuội sỏi 0,2

Các trầm tích sông 0,4 Tính theo thang

Tro núi lửa 0,5 JIMA

Bun cat 0,7 Kagami H., 1988

Cac tram tích hô ao 2,0 - 2,5

Trong các nghiên cứu khác nhau thuật ngữ độ khuếch dai tương đối (Relative

applification) được định nghĩa theo các cách khác nhau Năm 1976, Borcherdt R.D.

và Gibbs J.F [56] đã đề xuất khái niệm này với mục đích đánh giá các tác động củađịa chất khu vực một cách định lượng hơn Các tác giả đã đo các dao động nền docác vụ né hạt nhân ở các địa điểm có điều kiện địa chất khác nhau dé thu được cácphổ khuếch đại của các chuyên động tương ứng với chúng trên đá granit Họ tìm

25

thấy mối tương quan chặt chẽ giữa địa chất bề mặt và phổ khuếch đại ngang trungbình (AHSA), giá trị trung bình của phổ khuếch đại nằm trong dai tần số từ 0,5 đến2,5 Hz Kết quả này được thể hiện trong Bang 1.2

Bảng 1.2 Độ khuếch đại tương đối của các loại đất đá khác nhau

Đơn vị Địa chất Hệ số khuếch đại Nguồn

Bùn vũng vịnh 11,2

Bồi tích 3,9

Tang Santa Clara 2,7 Borcherdt R.D va

Gibbs J.F., 1976 Day Great Valley 2,3 [56]

số khuếch đại tương đối cho các đơn vị địa chất tổng quát hơn, giá trị hệ số khuếch

đại được xác định là giá trị trung bình của khuếch đại nền trong dải tan số từ 0,4 Hz

đến 5 Hz

26

1.2.2 Phương pháp tính toán

về nguyên tắc, khi các đặc trưng địa kĩ thuật của khu vực nghiên cứu đã biết

ta có thể xác định được các ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao động động đất qua

phân tích số Các phương pháp này có chung một cơ sở là giải các phương trìnhtruyền sóng trong môi trường đất đá Rất nhiều mô hình khác nhau đã được đề xuấttrong các phân tích số này Chăng hạn, ta phải lưu tâm đến các dạng của trường

sóng đến (nguồn sóng ở xa, nguồn sóng ở gần, sóng khối, sóng mặt); hình dạng cấu

trúc của môi trường nghiên cứu (1D, 2D, hoặc 3D); phản ứng cơ học của vật chấtcủa Trái đất trong các điều kiện khác nhau: môi trường ngập nước, môi trường lỏng,

đàn hồi; môi trường là phản ứng phi tuyến hay không phi tuyến Tuy nhiên trongthực tế cũng có nhiều vấn đề nảy sinh, đó là để có đầu vào tốt thì đòi hỏi nhữngkhảo sát chi tiết về địa ki thuật, địa vật lí cho vị trí nghiên cứu nhưng như thé giáthành thi công có thé rat cao và thường là không kha thi

1.2.2.1 Các phương pháp tính toán gan đúng (xấp xi)

Trong phan trước chúng ta đã biết độ khuếch đại trên các nền đất xốp liênquan tới các tác động cộng hưởng, những yếu tố này thể hiện trong lĩnh vực tần số

dưới dạng các đỉnh của hàm biến đổi Fourier Với phương pháp số đơn giản việc

tính chỉ nhắm tới mục tiêu xác định chu kỳ cơ bản của nên đất 7, và độ khuếch đại

tương ứng (hệ số khuếch đại cơ bản) A, Việc tính nay chỉ có thể thực hiện nếu coi

như chỉ có một lớp nằm trên đá gốc Ở đây chỉ cần biết vận tốc sóng S và bề day của

lớp trên mặt là có thé xác định được 7,, việc xác định A, đòi hỏi biết thêm vận tốcsóng truyền trong đá gốc và hệ số tắt dần của lớp tram tích

Với các vị trí trên các cau trúc nhiều lớp các tính toán đơn giản (phươngpháp xấp xi) có thé đưa ra kết quả khá tốt về chu kỳ cơ bản 7, Trong các điều kiệnbình thường các tính toán này có thé sử dụng công thức được đưa ra bởi Dobry R

và nnk năm 1976 [72], các công thức được tóm tắt trong Bảng I.3

Bằng những tính toán cụ thể và so sánh kết quả các công thức ở Bảng I.3 tácgiả Dobry R và nnk [72] chỉ ra rang các phương pháp 1, 2 và 4 có thé được đưa

vào cùng một nhóm do nó cho gân như cùng một kêt qua Sai sô của các phương

27

pháp này là khoảng 20 % Phương pháp số 3 thường được sử dụng trong thực tế bởitính đơn giản của nó nhưng phương pháp này lại có độ sai số lớn hơn là từ 25 % tới

Trung bình trọng sô : Ambraseys N.N.,

2 của mô-đun cắt của p= p,H, 1959 [41]

3 nhiên của các lớp ° 18 2 V, Shima E., 1962 [149]

Phuong trinh dua w¿= 3À, V 2A; IH

4 — trên dạng mô hình 7 Biggs J.M., 1964 [51]

tuyén tinh dau tién T ~T,=2*fo) @,

ban don gian)

tan số của lớp thứ 1; G là mô-đun cắt; p là mật độ khối lượng; X là ước lượng củahình dạng chế độ cơ bản (the fundamental mode shape [72]); @ là tần số góc cơ bản.

Phương pháp số 5, phiên bản đơn giản của phương pháp Rayleigh là phương

pháp tốt nhất Phương pháp cho sai số nhỏ hơn 10 % trong việc tính chu kỳ cho tất

cả các lớp và được khuyến nghị nên sử dụng cho ứng dụng thực tế

Cho tới nay các phương pháp dùng dé tính các chu kỳ cơ bản cho sóng S đãđược phát triển và thảo luận trong rất nhiều nghiên cứu như của Zhao J.X., 1996

[178]; Hadjian A.H., 2002 [87]; Motazedian D va nnk., 2011 [128]; Vijayendra K.V và nnk., 2015 [167]; Urzua A và nnk., 2017 [166]; Wang S.Y và nnk., 2018

[168] Các phương pháp này cũng được điều chỉnh dé có thé dé dàng thực hiện vớinhững máy tính bam tay hay trên bảng tính (LibreOffice Calc, Microsoft Excel).Tuy nhiên chúng hoàn toàn sai trong trường hợp có một lớp đất xốp mỏng nằm sâu

và lớp bị bao phủ bởi các lớp cứng hơn, day hơn rất nhiêu

1.2.2.2 Phương pháp giải bài toán truyền sóng trong môi trường 1D

Ngày nay khi một trận động đất xảy ra chúng ta đã có rất nhiều phương pháp

để tính toán dao động nền địa phương Với bài toán phân tích một chiều ta có một

số chương trình tính toán nổi tiếng như: SHAKE91, SHAKE2000, DEEPSOIL,

ERRA, FLAC hoặc STrata Cơ sở của những chương trình nay dựa trên quá trình truyền sóng từ nên đá gôc lên các lớp năm ngang phía trên.

Số liệu đầu ra của những chương trình này sẽ cho thấy những hiệu ứng có thé

có của nền đất khu vực nghiên cứu với dao động nền mạnh (động đất) Kết quả nàyrất quan trọng trong lĩnh vực địa chất công trình Các kết quả tính toán từ phươngpháp một chiều được nhiều tác giả kiểm chứng là phù hợp với các quan sát hiệntrường thực tế (Thomson W.T., 1950 [157]; Gutenberg B và Richter C.F., 1956

[86]; Idriss ILM va Seed H.B., 1968 [96]; Schnabel P.B và nnk., 1972 [146]; Kausel

E va Roesset J.M., 1984 [102]; Kramer S.L., 1996 [105]; Ching J.Y va Glaser

S.D., 2001 [65].

29

Trong các bài toán một chiều quá trình phân tích có thé chia thành 3 loại:phân tích tuyến tính, phân tích tuyến tính tương đương và phân tích không tuyếntính Các phân tích tuyến tinh và tuyến tính tương đương được tiến hành trong miềntần số còn phân tích không tuyến tính được tiến hành trong miền thời gian.

Khi sử dụng các chương trình như Shake hay DEEPSOIL để tính toán daođộng nên trong môi trường một chiều thì vận tốc sóng S và loại đất (loại nền) là cácthông số rất quan trọng cho quá trình tính Đây chính là lý do Loại nền và Vận tốcsóng S trong 30 m của lớp dat gần bề mặt được định nghĩa trong tiêu chuẩn khángchân được dùng trong xây dựng Với những khu vực nghiên cứu có đầy đủ thông tin

về địa chất, thông tin chi tiết các lỗ khoan chúng ta có thé tính được V,3o và tìm

được loại của nền đất Trong các tài liệu như Tiêu chuẩn xây dựng quốc tế

(International Buiding Code, 2009) [98], Tiêu chuẩn xây dựng Châu Âu (Eurocode

8, 2004) [75] và Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 9386 (2012) [22] có rất nhiều điểm

giống nhau về định nghĩa phân loại nền đất

Trong Tiêu chuẩn xây dựng 9386 của Việt Nam cũng định nghĩa công thức

tính V, 39 như sau:

_ 30

- (13)i=1,N "i

V

s,30

trong đó #; được tinh bằng mét là độ dày; v; là vận tốc sóng S của lớp thứ itrong N lớp (tính trong khoảng 30 z kê từ bề mặt)

Có rất nhiều câu hỏi về tính khả thi của lí thuyết hơn 50 năm tuổi này Thực

tế chỉ ra rằng vẫn có rất nhiều phân tích đánh giá ảnh hưởng của động đất ngày nay

đang sử dụng phương pháp, ta có thé kế đến các công trình của Groholski D.R va

nnk., 2015 [84]; Groholski D.R và nnk., 2016 [85]; Fiorentino G và nnk., 2018 [81]; Yamin L.E và nnk., 2018 [176]; Stanko D va nnk., 2019 [155] Các tác giả

lựa chon phương pháp bởi tính đơn giản của chương trình; số liệu đầu vào và ra của

chương trình tính toán là các tập tin đơn giản dạng chữ và số, có thể đọc trên bảng

tính; và điều quan trọng nhất là thời gian tính toán của các chương trình loại này rấtnhanh, chỉ tính bằng giây

30

Hiện nay vẫn đang có rất nhiều nhóm như Strata (2019), Plaxis (2020),DEEPSOIL (2022) tiếp tục phát triển các chương trình tính toán 1D hỗ trợ cácphương pháp phân tích tuyến tính, tuyến tính tương đương và không tuyến tính Tuynhiên trong nhiều trường hợp, khi các phân tích cần mức độ chỉ tiết hơn thì mô hìnhphân tích sẽ phải mô phỏng trong không gian 2 hoặc 3 chiều dé chính xác hơn.

Hình 1.4 So sánh phô phản ứng của các mô hình 1-D, 2-D và 3-D

(Việt hóa từ nguồn Bard P.Y và Riepl-Thomas J., 2000 [49])

Với các mô hình 2D hoặc 3D chúng ta có thé quan sát và tính toán đến thaycác hiệu ứng khác như: hiệu ứng bồn trũng, hiệu ứng vùng rìa, hiệu ứng gây ra bởi

sự gián đoạn tính chất vật liệu theo không gian (effects of strong lateraldiscontinuities) và các hiệu ứng này cũng cho kết quả về điểm cực đại có giá trị lớnhơn và rộng hơn so với các kết quả tính toán trong trường hop 1D (Hình 1.4)

1.2.2.3 Phương pháp giải bài toán truyền sóng trong môi trường 3D

Thực tế chỉ ra rằng các phân tích quá trình truyền sóng một chiều sẽ khôngchính xác cho các khu vực bị bao xung quanh bởi đá và hình thành nên một bồntrũng Lúc này các phân tích bài toán hai chiều và ba chiều sẽ cho cái nhìn chỉ tiếthơn về hiệu ứng nền của khu vực này khi có động đất xảy ra Các nhà khoa học trênthế giới đã tiến hành nghiên cứu sâu về các hiệu ứng này, có thé ké đến các công

trình của các tác giả: Sánchez-Sesma F.J., 1987 [144]; Aki K., 1988 [36], 1993 [38]; Bard P.Y., 1994 [48]; Pitarka và nnk., 1998 [137]; Bielak J., và nnk., 2000 [53];

31

Chavez-Garcia F.J., 2003 [64]; Fernandez J A., 2007 [78]; Lee S.J và nnk., 2008

[111]; Narayan J.P., 2005 [132]; Narayan J.P va Sahar D., 2014 [133]; Smerzini C.

va nnk., 2011a [153], 2011b [154]; Dhakal Y.P va Yamanaka H., 2013 [70]; Frankel A., va nnk., 2014 [83]; Abraham J.R., 2016 [34]; Hasal và nnk., 2018 [89].

Trong cac bồn tram tích, có sự khác biệt lớn về vận tốc truyền sóng của vật

liệu ở hai bên vùng rìa Điều này gây ra hiện tượng tán xạ sóng tại đó và các sóngkhối bị phản xạ lại và bị bẫy lại trong bồn trầm tích Do đó các mép vùng rìa của

bồn trũng có thé được coi như những nguồn sóng thứ cấp và gây ra một số sóng tớitruyền qua các lớp đất của bồn trũng như là sóng mặt Hiệu ứng bồn trũng tạo ra

những dao động có bước sóng dài hơn và do đó làm tăng năng lượng sóng ở vùng

tần số thấp so với kết quả được dự đoán trong các mô hình một chiều của Kawase

H., 2003 [104] Bởi vì các sóng mặt đã bị tăng cường ở vùng rìa nên chúng chính là

những tác nhân chính trong việc khuếch đại và kéo đài dao động nền khi động đất

xảy ra Các yếu tô này đã góp phần gia tăng nghiêm trọng các hủy hoại trong khu

vực bị ảnh hưởng của hiệu ứng.

Một số phương pháp đã được tiến hành dé đánh giá hiệu ứng bồn tring nhưcác phương pháp giải tích, các mô hình miền, các phương pháp tia và các phươngpháp phần tử biên Các phương pháp giải tích thường được dùng cho các mô hìnhđơn giản như: các bồn trũng thuần nhất dạng hình elip hoặc hình tròn (Trifunac

M.D., 1971 [161]; Wong H.L và Trifunac M.D., 1974 [172]) Phương pháp tia chỉ

có thé áp dụng cho các tần số cao, nó khó sử dụng đối với các bước sóng có kích cỡcùng bậc với kích cỡ của miền chứa vật liệu có tính chất thay đổi (Bard P.Y vàRiepl-Thomas J., 2000 [49]) Các phương pháp phần tử biên áp dụng hiệu quả nhấtkhi khu vực nghiên cứu được xem là gồm một số lượng hữu hạn các đơn vị địa chấtthuần nhất

Tuy nhiên với những môi trường mà sự bất đồng nhất là rất lớn thì việc áp

dụng các phương pháp trên là khó (Herrera I., 1984 [93]; Manolis G.D và Beskos

D.E., 1988 [117]) Cho dù các mô hình miền là cách tốt nhất dé giải quyết các môhình phức tạp nhưng chúng cần rất nhiều thời gian cho việc tính toán (CPU time) và

32

cần một môi trường bán vô hạn dé thay thế cho biên nhân tao (Bielak J và nnk.,

1999 [52]) Nhìn chung, các phương pháp tính toán số là rất linh hoạt và dé điềuchỉnh song chúng cần các thông tin chi tiết về địa chất hoặc các khảo sát địa vật lí

dé xác định các thông số đầu vào

1.2.2.4 Phương pháp lai

Trong nhiều trường hợp do thiếu thông tin về địa chất, địa vật lí, do hạn chếcủa các phương pháp phân tích việc đánh giá dao động nền cần kết hợp từ haiphương pháp trở lên (còn được gọi là phương pháp lai) Nghiên cứu đầu tiên sửdụng phương pháp lai chúng ta có thể kế đến là của tác giả Fah Donat (Fah D và

nnk., 1993 [77]) Trong nghiên cứu của mình ông đã giới thiệu một phương pháp

mới dùng cho việc đánh giá dao động nền cho các thành phố lớn Phương pháp củaFah Donat kết hợp mô hình tổng và phương pháp sai phân hữu hạn dé mô phỏng

dao động nền Các kết quả mô phỏng số về dao động nền gây ra bởi trận động đất

Fucino ở Italia năm 1915 đã cho kết quả phù hợp với sự phân bố của các phá hủy đã

được quan sát Phương pháp này cũng cho phép chúng ta đánh giá trường sóng địa

phương từ các sự kiện địa chấn (áp dụng với khoảng cách tới chấn tâm từ vài

kilomet tới hàng trăm kilomet.

Các phương pháp khác như: kết hợp các mô hình động đất số với quan sát

thực nghiệm (Chávez-García F.J và nnk., 2000 [63]; Chávez-García E.J., 2003

[64]), so sánh các kết quả từ các mô hình lai trong miễn tần số với kết quả thu được

từ số liệu thực nghiệm (Riepl J và nnk., 2000[142]), kết hợp phương pháp phan tửhữu hạn với phương pháp phần tử biên để giải quyết các bài toán địa hình thuần

nhất và không thuần nhất [Kamalian M và nnk., 2006 [101]), sử dung phương phápngẫu nhiên do Boore D.M đề xuất năm 2003 [54], áp dụng mô hình giải tích doMavroeidis G.P và Papageorgiou A.S., 2003 [119] đề xuất để nghiên cứu về đá gốc

và gia tốc bề mặt của khu vực nghiên cứu Ebrahimian B., 2013 [74]; đánh giá độ

khuếch dai địa chan bằng đo vi địa chan và phân tích HVSR kết hợp với phân tích

phô phản ứng của nền trong trường hợp tuyến tính tương đương cho các đỉnh giatốc nền khác nhau (Stanko D và nnk., 2019 [155])

33

1.3 Các nghiên cứu, phân tích hiệu ứng nền ở Việt Nam và thành phố Hà Nội

Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học Việt Nam đã có nhữngnghiên cứu sâu về đánh giá nguy cơ động đất của các công trình xây dựng ở Trị An,Sơn La, Lai Châu, v.v và thực hiện phân vùng địa chấn cho các thành phố như HàNội, Điện Biên, Huế, Lai Châu, Vũng Tàu, Hồ Chí Minh Đặc biệt, nhiều phươngpháp đã được triển khai dé đánh giá dao động nén tương ứng với điều kiện địa chất

cụ thể của khu vực Hà Nội Một số nhà nghiên cứu đóng góp trong những năm gần

đây bao gồm nhóm Nguyễn Đình Xuyên, Nguyễn Ngọc Thủy, Lê Tử Sơn; NguyễnHồng Phương và cộng sự; Phạm Đình Nguyên, Nguyễn Ánh Dương và cộng sự;Nguyễn Tiến Hùng, Kuo-Liang Wen và nhiều người khác

1.3.1 Các nghiên cứu, phân tích hiệu ứng nền ở Việt Nam

Ở Việt Nam công tác đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nền lên dao độngđộng đất được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1964 khi thành lập bản đồ phân vùng

nhỏ động đất thành phố Hà Nội ty lệ 1:50.000 Tập thé tác giả thuộc phòng Vật líĐịa cầu — Nha Khí tượng đã sử dụng phương pháp độ cứng địa chan của C V

Medvedev trong công trình này Đây là phương pháp thuộc nhóm các phương pháp

thực nghiệm đưa ra mối tương quan giữa địa chất mặt và các phản ứng địa chấnđược áp dụng phô biến ở Đông Âu Đến năm 1996 trong Báo cáo tổng kết đề tài độc

lập cấp nhà nước mã số KT- DL 92-07 các tác giả Nguyễn Đình Xuyên, NguyễnNgọc Thủy [28] cũng đề cập tới việc này trong phần kết luận của mình

Sau đó những phương pháp này cũng đã được sử dụng trong các công trình

đánh giá độ nguy hiểm động đất khu vực thủy điện Hàm Thuận, Đại Ninh Bướctiến bộ đáng ké trong các công trình nay là bên cạnh các kết quả định tính, một số

kết quả định lượng cũng đã được xác định từ phương pháp vi địa chấn và phương

pháp tính toán Tới năm 2002, trong luận án thạc sĩ của mình tác giả Phạm Đình

Nguyên [10] đã tìm hiểu cụ thé hơn về các phương pháp đã và dang được dùng vàothời điểm đó ở trên thế giới Sau đó tác giả Phạm Đình Nguyên đã áp dụng chươngtrình Shake 91 để giải quyết bài toán đánh giá dao động nền cho khu vực tram

34

nghiền xi măng ở TP Hồ Chí Minh; ở thủy điện Trị An và thủy điện Lai Châu cũngnhư nhiều công trình khác.

x

Ầ

Trong báo cáo tổng kết năm 2004 về “Nghiên cứu dự báo động đất và dao

động nền ở Việt Nam” của Nguyễn Đình Xuyên [31], lần đầu tiên các số liệu về dao

động mạnh của Hoa Kì, Châu Âu, Trung Quốc và số liệu của trận động đất Điện

Biên năm 2001 của Việt Nam đã được sử dụng cùng chương trình Shake 9] dé thựchiện việc tính Phổ phản ứng chuẩn hóa cho nền trung bình ở Việt Nam trong độngđất gần và động dat xa (từ vai km đến hàng trăm km) Đến năm 2007, trong bài báo

về “Vi phân vùng động dat thành phó Điện Biên” tác giả Lê Tử Sơn và nnk., [18] đã

sử dụng phương pháp vi địa chấn của Nakamura kết hợp với việc sử dụng vận tốctruyền sóng ngang trung bình trong 30 đầu tiên từ mặt đất để phân loại nền đất và

đánh giá khuếch đại dao động của nên đất tại Điện Biên

Trong năm 2012, tác giả Nguyễn Công Thăng và Phạm Đình Nguyên [20] đã

đưa ra vấn đề về ảnh hưởng của địa hình tới dao động nền Tác giả đã đưa ra kếtluận: “Điều kiện địa hình trên mặt đất là một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đếntrường sóng địa chấn; Điều kiện địa hình trên mặt đất có xu hướng làm gia tăng

biên độ dao động nền ứng với các thành phần nằm ngang tại các vị trí quanh đỉnhnúi; Mức độ ảnh hưởng của địa hình trên mặt tới trường sóng địa chấn sẽ tăng lênhay giảm đi tương ứng với mức tăng hay giảm độ tương phản về địa hình.”

Năm 2017 tác giả Lê Huy Minh và nnk., [9] đã thực hiện mô phỏng dao động

nền khu vực thủy điện Sông Tranh 2 Dựa trên các nguồn tài liệu trong lực, dia chan

thăm đò, địa chất kiến tạo nhóm tác giả xây dựng môi trường truyền sóng 3D dé môphỏng dao động nên Trong mô hình 3D các định nghĩa về tính chất trong mô hìnhcũng như biên được khai báo rõ ràng dựa trên số liệu thực tế Các thông tin về kịch

bản nguồn như: tọa độ, độ sâu, độ lớn của động dat, 6 thành phần của mô-men địachấn, thông tin về các đứt gãy quan trọng trong khu vực nghiên cứu được xem xét

dé đưa vào mô hình Với dit liệu đầu vào được lựa chọn nghiên cứu đã đưa ra nhữngcon số định lượng về gia tốc tại khu vực cũng như chỉ ra những đặc điểm cu thé vềsóng P và sóng S trên các băng gia tốc mô phỏng mà nhóm đã thu được

35

1.3.2 Các nghiên cứu hiệu ứng nền cho khu vực Hà Nội

Riêng với thành phố Hà Nội, do có vi trí quan trọng là thủ đô chính tri, vanhóa, kinh tế của đất nước và thành phố Hà Nội nằm trên hệ thống đứt gẫy SôngHồng nên được đặc biệt quan tâm và có nhiều tác giả nghiên cứu về ảnh hưởng củanền đất đến dao động động đất Phương pháp nghiên cứu và mức độ nghiên cứu

tăng theo thời gian.

Hình 1.5 Ban đồ phân vùng động dat chi tiết Thanh phố Hà Nội

(Nguồn: Viện Vật lí Dia cầu, 1990 [32])

Phân vùng nhỏ động đất Thành phố Hà Nội là một trong những đề tai có tính

dự báo trong công tác điều tra cơ bản Đề tải này đã được thực hiện từ những năm

1990 của thế kỉ trước do Nguyễn Đình Xuyên thuộc Viện Vật lí Địa cầu là chủ biên

36