Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật địa chất: Nghiên cứu xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trượt lở tại Thành phố Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng bằng hệ thống GNSS

3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ 1.1 Lịch sử nghiên cứu vấn đề trượt lở trong và ngoài nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Nghiên cứu về tai biến trượt lở trên thế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ BÙI TRỌNG VINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Khảo sát trượt lở đất tại khu vực B’Lao, thành phố Bảo Lộc; đánh giá hiện trạng vàdiễn biến hiện tượng trượt lở đất

 Lấy mẫu đất và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất. Lắp đặt thiết bị GNSS (Global Navigation Satellite System). Lắp đặt thiết bị quan trắc chuyển vị extensometer

 Khảo sát vi địa chấn bằng thiết bị DATAMARK JU410. Tính toán hệ số an toàn từ phần mềm Geoslope và phần mềm Bank Stability and

Toe Erosion

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/07/2016IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến sĩ BÙI TRỌNG VINH

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ths.Lê Thanh Phong đã nhiệt tình giúp đỡ em trong những chuyến đi thực địa

Em cũng xin cảm ơn Dr Takami Kanno – giám đốc công ty Kawasaki Geological Engineering Co.,Ltd Hanoi đã tạo điều kiện cho em có cơ hội tham gia lắp đặt thiết bị GNSS để hoàn thành luận văn này

Em cũng xin cảm ơn Prof Kiyono, đại học Kyoto, Nhật Bản đã tạo điều kiện cho em được thực hành thiết bị đo vi địa chấn Microtremor

Luận văn này được thực hiện với sự nỗ lực và tinh thần học hỏi cao của bản thân em Tuy nhiên còn rất nhiều thiếu sót, kính mong sự góp ý của quý thầy cô và bè bạn

Xin chân thành cảm ơn

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2016

HVCH

Phạm Thành Phúc

Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trượt lở đất tại thành phố Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng bằng hệ thống GNSS” là cần thiết

ABSTRACT Bao Loc is one of two cities of Lam Dong province Located on Di Linh – Bao Loc plateau about 800 – 1000m elevation, Bao Lọc has the complex mountainous terrain Author has currently surveyed and collected in landslide area about 1.2 hectares This area occurred the cracks, damaged several buildings The results of the seismic analysis (microtremor) suggests potential areas remain very high landslide risk exists because the weathered clay layer and the water table appears in the clay layer The extensometer observation results show is 0.68mm /h proved the region still in a state of landslide warnings The analysis results from Band Stability and Toe Erosion also show that the slope is unstable with the minimum factor of safety (FS) is 0.98 (bore hole 1) and 0.8 (bore hole 2)

So authors applicate the landslide early warning system in B’Lao ward by using GNSS technology

iv

MỤC LỤCTrang bı̀a

Nhiê ̣m vụ Lời cảm ơn Tóm tắt Mục lục Danh sách bảng biểu Danh sách hı̀nh Danh sách kı́ hiê ̣u

Mở đầu 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ 3

1.1 Lịch sử nghiên cứu vấn đề trượt lở trong và ngoài nước 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 5

1.2 Cơ sở lý thuyết về tai biến trượt lở 7

1.2.1 Khái quát về tai biến trượt lở 7

1.2.2 Phân loại trượt lở đất 7

1.2.3 Hình thái khối trượt và động lực quá trình trượt 12

1.2.4 Nguyên nhân gây trượt 13

1.2.5 Các nhân tố ảnh hưởng tới trượt lở 15

CHƯƠNG 2 TRƯỢT LỞ TẠI KHU VỰC PHƯỜNG B’LAO, THÀNH PHỐ BẢO LỘC, TỈNH LÂM ĐỒNG 21

2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 21

v

2.3.1 Đặc điểm ĐCTV 29

2.3.2 Đặc điểm ĐCCT khu vực 30

2.4 Hiện trạng trượt lở tại khu vực B’ Lao thành phố Bảo Lộc 30

CHƯƠNG 3 CẢNH BÁO SỚM TRƯỢT LỞ BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS 34

3.1 Nguyên lý cảnh báo sớm trượt lở 34

3.2 Các phương pháp cảnh báo sớm trượt lở 35

3.2.1 Mô hình phân tích thứ bậc (AHP – Analytic Hierarchy Process) 35

3.2.2 Dự báo trượt lở bằng mô hình thấm 3 chiều: Three Dimesional Particle Flow Code (PFC3D) 39

3.2.3 Sử dụng ảnh vệ tinh radar đa thời gian để theo dõi trượt lở 40

3.2.3.1 Nguyên lý quan trắc biến dạng của vệ tinh Radar 40

3.2.3.2 Phương pháp mạng lưới các điểm rời rạc SPN (Stable Points Network) 41

3.2.3.3 Sử dụng ảnh Radar ALOS nghiên cứu biến động trượt lở 42

3.2.4 Cảnh báo sớm trượt lở bằng công nghệ GNSS 42

3.2.4.1 GNSS (Global Navigation Satellite System) 42

3.2.4.2 Cấu tạo hệ thống GNSS 43

3.2.4.3 Các gói dịch vụ của GNSS 47

3.2.4.4 Cấu trúc tín hiệu của GNSS 49

3.2.4.5 Ưu – khuyết điểm 49

3.2.4.6 Phạm vi ứng dụng 50

3.2.4.7 Sai số trong định vị vệ tinh 51

3.3 Hệ thống GNSS ứng dụng ở khu vực nghiên cứu 54

3.3.1 Công nghệ GNSS ứng dụng tại khu vực nghiên cứu 54

3.3.2 Định dạng dữ liệu 56

3.3.3 Thu nhận dữ liệu 57

3.3.4 Trung tâm phân tích dữ liệu 58

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU 59

4.1 Khảo sát đặc điểm địa hình, địa mạo 59

4.2 Thí nghiệm SPT và lấy mẫu 61

vi

4.2.1 Vị trí khoan khảo sát 61

4.2.2 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý đất đá 62

4.3 Khảo sát vi địa chấn (Microtremor) 67

4.3.1 Thiết bị sử dụng 67

4.3.2 Kết quả 69

4.4 Đánh giá ổn định của khối trượt bằng phần mềm Bank Stability and Toe Erosion 71

4.4.1 Mô hình Bank Stability and Toe Erosion 71

4.7 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ GNSS tại khu vực nghiên cứu 80

4.7.1 Ứng dụng công nghệ GNSS tại Okinawa Prefecture, Japan 80

4.7.1.1 Lắp đặt thiết bị 80

4.7.1.2 Kết quả ứng dụng tại Okinawa 81

4.7.2 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ GNSS tại khu vực nghiên cứu 82

4.7.2.1 Lắp đặt thiết bị 82

4.7.2.2 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ GNSS tại khu vực nghiên cứu 84

4.8 Đề xuất giải pháp ổn định cho khu vực trượt lở 85

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 87 Phụ lục

Tài liê ̣u tham khảo

ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại trượt lở theo Varnes 8

Bảng 2.1 Tóm tắt các phân vị địa tầng và magma trong khu vực 30

Bảng 3.1 Phân loại chỉ số ổn định mái dốc 41

Bảng 3.2 Đánh giá cường độ trượt lở đất 43

Bảng 3.3 Mức độ tác động của các nhân tố phát sinh trượt lở đất 43

Bảng 3.4 Ma trận xác định trọng số của các nhân tố ảnh hưởng đến TLĐ 44

Bảng 3.5 Phân cấp ảnh hưởng của nhân tố độ dốc đến quá trình TLĐ 45

Bảng 3.6 Phân cấp ảnh hưởng của nhân tố lượng mưa trung bình năm đến quá trình TLĐ 46

Bảng 3.7 Phân cấp ảnh hưởng của yếu tố thạch học đến quá trình TLĐ 47

Bảng 3.8 Phân cấp ảnh hưởng của yếu tố mật độ đứt gãy đến quá trình TLĐ 47

Bảng 3.9 Phân cấp ảnh hưởng của yếu tố phân cắt sâu đến quá trình TLĐ 48

Bảng 3.10 Phân cấp ảnh hưởng của yếu tố phân cắt ngang đến quá trình TLĐ 49

Bảng 3.11 Phân cấp ảnh hưởng của yếu tố hiện trạng sử dụng đất đến quá trình TLĐ 50

Bảng 3.12 Tóm tắt các hệ thống vệ tinh của GNSS (nguồn Internet) 61

Bảng 3.13 Các nguồn sai số trong GNSS 66

Bảng 3.14 Định dạng dữ liệu của GNSS ở khu vực nghiên cứu 72

Bảng 4.1 Mô tả địa tầng khu vực nghiên cứu HK1 77

Bảng 4.2 Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ở HK1 78

Bảng 4.3 Mô tả địa tầng khu vực nghiên cứu HK2 79

Bảng 4.4 Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ở HK2 80

Bảng 4.5 Vị trí khảo sát vi địa chấn theo hướng Đông – Tây 83

Bảng 4.6 Vị trí khảo sát vi địa chấn theo hướng Bắc – Nam 83

Bảng 4.7 Giá trị chuẩn cho công tác quan trắc chuyển vị 95

Hình 2.1 Khu vực nghiên cứu 22

Hình 2.2 Khu vực xảy ra trượt lở đất 22

Hình 2.3a Địa hình khu vực nghiên cứu 23

Hình 2.3b Mặt cắt địa hình khu vực nghiên cứu 24

Hình 2.4 Biểu đồ nhiệt độ trung bình qua các năm 25

Hình 2.5 Biểu đồ lượng mưa trung bình qua các năm 25

Hình 2.6 Biểu đồ lượng mưa qua các tháng trong năm 25

Hình 2.7 Thảm thực vật ở khu vực nghiên cứu 27

Hình 2.8 Bản đồ địa chất khu vực nghiên cứu 29

Hình 2.9 Con suối và hồ nước dưới chân khối trượt 34

Hình 2.10 Trượt lở khu vực nghiên cứu 35

Hình 2.11 Trượt lở gây phá hoại công trình nhà dân 36

Hình 2.12 Toàn cảnh khối trượt mới ghi nhận trong đợt khảo sát 37

Hình 2.13 Khối trượt bị sụp xuống khoảng 1.4m 37

Hình 2.14 Trượt lở gây ra vết nứt lớn (bề rộng vết nứt khoảng 40cm) 37

Hình 3.1 Sơ đồ phác họa hệ thống cảnh báo sớm trượt lở 39

Hình 3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống cảnh báo sớm trượt lở 39

Hình 3.3 Sơ đồ mô hình ổn định mái dốc 40

Hình 3.4 Quy trình xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở đất 45

Hình 3.5 Cấu trúc phương pháp phân tích thấm 3 chiều bằng mô hình PF3D 51

xi

Hình 3.6 Kết quả phân tích ở Lushan 52

Hình 3.7 Mô phỏng vận tốc trượt lở theo 4 kịch bản thời gian 52

Hình 3.8 Nguyên lý quan trắc chuyển vị của vệ tinh Radar 53

Hình 3.9 Sơ đồ qui trình thực hiện SPN 54

Hình 3.10 Thống kê 132 điểm PS thu được từ 12 ảnh ALOS được chụp từ năm 2006 đến 2011 55

Hình 3.11 Kết quả nội suy diễn biến trượt lở Sexa 56

Hình 3.12 Hệ thống định vị GNSS 57

Hình 3.13 Cấu trúc của hệ thống GNSS 57

Hình 3.14 Sơ đồ bố trí trạm điều khiển hệ thống GPS trên toàn cầu 58

Hình 3.15 Sơ đồ bố trí hệ trạm điều khiển hệ thống hệ thống vệ tinh Galileo 59

Hình 3.16 Cấu trúc hệ thống Galileo 60

Hình 3.17 Tổng hợp tín hiệu của GNSS 61

Hình 3.18 Công nghệ đa truy cập trong GNSS 63

Hình 3.19 FDMA (trái) and CDMA (phải) 63

Hình 3.20 Thiết bị thu tín hiệu GNSS 70

Hình 3.21 Cấu trúc mạng GSM 71

Hình 3.22 Mô hình giao thức của ZigBee 72

Hình 3.23 Cấu trúc chip thu nhận tín hiệu GNSS 73

Hình 4.1a Các hướng trượt được khảo sát 74

Hình 4.1b Độ dốc địa hình theo hướng Đông –Tây 74

Hình 4.1c Độ dốc địa hình theo hướng Bắc-Nam 75

Hình 4.1d Độ dốc địa hình theo hướng Đông Bắc-Tây Nam 75

Hình 4.1e Độ dốc địa hình theo hướng Đông Nam - Tây Bắc 75

Hình 4.2 Hiện trường thí nghiệm SPT và khoan lấy mẫu đất ở 2 vị trí 76

Hình 4.3 Mẫu đất thí nghiệm 77

Hình 4.4 Mặt cắt địa chất giữa 2 hố khoan 81

Hình 4.5 Thiết bị khảo sát đia chấn 82

Hình 4.6 Vị trí khảo sát vi địa chấn theo hướng Bắc – Nam (NS - điểm màu xanh) và theo hướng Đông – Tây (EW - điểm màu hồng) 83

xii

Hình 4.7 Quang phổ vi địa chấn theo hướng Đông – Tây 84

Hình 4.8 Quang phổ vi địa chấn theo hướng Bắc – Nam 85

Hình 4.9 Các đường đồng mức thời gian khu vực khối trượt 86

Hình 4.10a Mô hình tính toán Bank Stability and Toe Erosion 87

Hình 4.10b Mô hình tác động của xói lở ở chân khối trượt 87

Hình 4.11a Thông số đầu vào ở HK1 88

Hình 4.11b Kết quả phân tích mô hình ở HK1 88

Hình 4.11c Mặt cắt khối trượt tiềm năng ở HK1 89

Hình 4.11d Phạm vi khối trượt tiềm năng ở HK1 89

Hình 4.12a Thông số đầu vào ở HK2 90

Hình 4.12b Kết quả phân tích mô hình ở HK2 90

Hình 4.12c Mặt cắt khối trượt tiềm năng ở HK2 90

Hình 4.12d Phạm vi khối trượt tiềm năng ở HK2 91

Hình 4.13 Kết quả dự báo mô hình mặt cắt sườn dốc ứng với mùa mưa năm 2016 92

Hình 4.14 Lắp đặt hệ thống quan trắc Extensometer 93

Hình 4.15a Kết quả quan trắc chuyển vị từ 17.09.2016 đến 28.11.2016 94

Hình 4.15b Kết quả phân tích chuyển vị từ 17.09.2016 đến 28.11.2016 94

Hình 4.16 Lắp đặt thiết bị GNSS tại Rover 1 và Rover 2 95

Hình 4.17 Lắp đặt thiết bị tại Base station 96

Hình 4.18 Minh giải kết quả từ thiết bị GNSS 97

ĐCCT : địa chất công trình ĐCTV : địa chất thủy văn EW : vị trí khảo sát vi địa chấn theo hướng Đông - Tây FDMA (Frequency Division Multiple Acess) : đa truy cập phân chia theo tần số Galileo : hệ thống định vị vệ tinh của Liên minh Châu Âu

GLONASS : hệ thống định vị vệ tinh của Nga GNSS (Global Navigation Satellite System) : hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS (Global Positioning System) : hệ thống định vị vệ tinh của Hoa kỳ

GSM (Global System for Mobile communication) : là một hệ thống điện thoại di động kỹ thuật số

HK1 : hố khoan 1 HK2 : hố khoan 2 IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) : hệ thống định vị vệ tinh của Ấn Độ

LOS : Line Of Sight NS : vị trí khảo sát vi địa chấn theo hướng Bắc - Nam PFC3D : Three Dimesional Particle Flow Code PSInSar : Phương pháp đo ảnh giao thoa tán xạ cố định QZSS (Quasi - Zenith Satellite System): hệ thống định vị vệ tinh của Nhật Bản RAWX : Dữ liệu từ các trạm quan trắc

SFRBX và SVSI : Dữ liệu thu nhận ớ các trạm xử lý cơ sở SINMAP : Stability Index Mapping

TLĐ : trượt lở đất ZigBee : là một giao thức mạng không dây được dùng để kết nối các thiết bị với nhau

xiv

aQ2 : Trầm tích bãi bồi sông abQ2 : Trầm tích sông – đầm lầy βN2đn : Bazan hệ tầng Đại Nga βN2-Q1tt : Bazan hệ tầng Túc Trưng N13-N21dl : Hệ tầng Di Linh

γK2cn1: Granit pha 1 phức hệ Cà Ná J2ln : Hệ tầng La Ngà

J3đbl : Hệ tầng đèo Bảo Lộc FS : hệ số an toàn mái dốc Cr : lực dính của rễ cây (N/m2) Cs : lực dính của đất (N/m2) θ : góc nghiên của mái dốc ρ : khối lượng thế tích của đất (kg/m3) ρw : khối lượng riêng của nước (kg/m3) g = 9.81 m/s2 , gia tốc trọng trường D : bề dày lớp đất theo phương đứng (m) Dw : bề dày thẳng đứng của lớp đất dưới mực nước ngầm φ : góc ma sát trong của đất

r: là tỷ số giữa khối lượng riêng của nước và khối lượng thể tích đất I là cường độ mưa

ET là cường độ bốc hơi a : diện tích thu gom nước đơn vị, tính trên một đơn vị chiều dài đường bình độ địa hình T : hệ số dẫn thủy lực

K : là hệ số truyền dẫn thủy lực (tra bảng) h : là bề dày thực của lớp vỏ phong hóa theo phương thẳng đứng D là bề dày biểu kiến lớp vỏ phong hóa

K là cường độ tác động tổng hợp tương hỗ của các yếu tố

xv

M : là tổng đại số tác động tương hỗ của các yếu tố Ii : hệ số chỉ tầm quan trọng của yếu tố thứ i

Aji : hệ số chỉ cấp độ tác động của yếu tố thứ i LSI (Landslide Susceptibility Index) : là chỉ số nhạy cảm trượt lở đất Wj: là trọng số của nhân tố thứ j

Xij: là điểm số của lớp thứ i trong nhân tố gây trượt j Ec và Ec : lần lượt là modul Young của phần tử đơn vị và phần tử liên kết kn/ks : là tỷ số giữa ứng suất pháp và ứng suất tiếp của phần tử vi mô kn/ks : là tỷ số giữa ứng suất pháp và ứng suất tiếp của phần tử liên kết μ : hệ số ma sát

λ : bán kính nhân (khi liên kết các phần tử song song) σc and τc : lần lượt là ứng suất pháp và ứng suất cắt của phần tử liên kết R : là bán kính phần tử đơn vị

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài: Trượt lở là một dạng của tai biến địa chất thường gặp ở Việt Nam và trên thế giới Trượt lở gây ra nhiều thiệt hại về con người, của cải, phá hoại môi trường, cảnh quan, giao thông cũng như ngăn cản sự phát triển kinh tế của khu vực

Bảo Lộc là một trong hai thành phố lớn của tỉnh Lâm Đồng, nằm trên cao nguyên Di Linh – Bảo Lộc, ở độ cao 800m – 1000m, có địa hình hiểm trở với nhiều đồi núi cao và dốc, cấu trúc địa chất khá phức tạp và lượng mưa hàng năm khá lớn, trượt lở đất rất thường xảy ra

Nhiều đợt khảo sát thực địa 2016, nhóm khảo sát ghi nhận trong khu vực nghiên cứu có nhiều vết nứt đất cắt ngang qua nhà ở của người dân trong khu vực, nhiều nhà có vách tường bị nứt, nghiêng, sụp đổ Nhiều vết nứt lớn ở phía chân khối trượt

Hiện tại, trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng chưa có đề tài nghiên cứu nào về hệ thống cảnh báo sớm trượt lở đất nên đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trượt lở đất khu vực B’Lao, thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng bằng công nghệ GNSS" được chọn thực hiện là cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu: Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm hiện tượng trượt lở trên địa bàn thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng bằng công nghệ GNSS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu :

Các thành tạo địa chất trong khu vực phường B’Lao, thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng

Đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất thuỷ văn, thảm thực vật, chế độ khí tượng thuỷ văn tại khu vực nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trượt lở bằng công nghệ GNSS cho khu vực đang khảo sát

Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu là khu vực trượt lở đất tổ dân phố 11, phường B’Lao, thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng

2

4 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu thực hiện được mục trong luận văn: Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu : thu thập các tài liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu, sau đó phân tích, tổng hợp, đánh giá các điều kiện địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn

Phương pháp khảo sát thực địa : tiến hành khảo sát trượt lở đất tại khu vực B’Lao, thành phố Bảo Lộc, đánh giá hiện trạng và diễn biến hiện tượng trượt lở đất

Phương pháp phân tích và thí nghiệm trong phòng : lấy mẫu đất và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất

Lắp đặt thiết bị : Lắp đặt thiết bị GNSS (Global Navigation Satellite System) Lắp đặt thiết bị quan trắc chuyển vị extensometer

Khảo sát địa chấn bằng thiết bị DATAMARK JU410 Khoan lấy mẫu và kiểm tra SPT

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa khoa học

Xây dựng hệ thống dự báo nguy cơ trượt lở Nghiên cứu này là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu khác về các tai biến địa chất trong tương lai của khu vực nghiên cứu

Nghiên cứu này cũng góp phần cho công tác quy hoạch, quản lý tài nguyên và môi trường của thành phố Bảo Lộc

Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài cung cấp nguồn thông tin hữu ích để cảnh báo với người dân địa phương, các cơ quan quản lý về phạm vi hoạt động, diễn biến của hiện tượng trượt lở đất

Kết quả nghiên cứu này cung cấp cơ sở để địa phương có thể xây dựng các giải phòng chống trượt lở nhằm giảm thiểu những thiệt hại khi trượt lở đất xảy ra

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ

1.1 Lịch sử nghiên cứu vấn đề trượt lở trong và ngoài nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Nghiên cứu về tai biến trượt lở trên thế giới đã được tiến hành vào đầu thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc làm sáng tỏ cơ chế, mô tả đặc điểm địa hình, địa chất thủy văn, chế độ mưa và đánh giá các yếu tố tác động đến sự hình thành, phát triển và quy luật phát sinh trượt lở [21]

Hiện nay đã có nhiều phương pháp đánh giá ổn định trượt của sườn dốc, dự báo trượt lở và phân vùng nguy cơ dựa trên cơ sở xét đến cấu tạo sườn dốc, tính chất cơ lý đất đá, chế độ dòng chảy, chế độ mưa…đồng thời dựa trên nguyên lý thuyết cân bằng giới hạn của môi trường xốp đồng nhất và đẳng hướng Các phương pháp kiểm tra độ ổn định mái dốc cho phép giải quyết nhiều vấn đề nhanh chóng nhờ sự trợ giúp các phần mềm máy tính chuyên dụng (Bộ phần mềm Geoslope Office, trong đó có các modul Slope/W - đánh giá độ ổn định mái dốc, modul SEEP/W - đánh giá tác động của dòng thấm và Vadose/W - đánh giá tác động của nước trọng lực…của hãng GEOSTUDIO - Canada) Một số phương pháp tính toán hệ số an toàn gần đúng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay có các phương pháp của các tác giả sau: Fellenius V 1993, Bishop AV 1995, Tezaghi K 1950…) [21]

Việc phát triển của công nghệ GIS vào đầu thập niên 80 cũng đã bổ trợ rất nhiều trong việc xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất Tạo cơ sở để thiết lập các mô hình dự báo và thông báo khả năng trượt cho những khu vực có nguy cơ trượt lở [21]

Gần đây nhiều nhà nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ Global Navigation Satellite System (GNSS) đã giúp ích rất nhiều trong việc xây dựng hệ thống cảnh báo trượt lở đất [14]

Các công trình nghiên cứu tiêu biểu: 1 Geological Hazards của tác giả F.G.Bell (trang 120-186), đại học Natal,

Nam Phi xuất bản vào năm 1999 Tác giả cũng đã phân tích ảnh hưởng của 5 yếu tố của khối đất đá là : dung trọng, lực dính, góc ma sát trong, áp lực nước lỗ rỗng, và góc nghiêng của mái dốc đến hệ số an toàn (Fs) của mái dốc

4

nhằm đánh giá khả năng trượt của khối đất đá và đưa ra một số biện pháp công trình để khắc phục như : hào ngăn sạt lở, xây dựng công trình nhằm thay đổi góc dốc, gia cố mái dốc bằng tường chắn, neo và xây dựng các công trình thoát nước Số liệu được lấy từ các công trình đã xây dựng ở New Zealand, British Columbia…[1]

2 Các bài báo khoa học trong kỷ yếu Landslides Disaster của tác giả Kyoji Sassa, eds…(2008) đã thống kê tình hình trượt lở rất nhiều khu vực trên thế giới như Nhật Bản, Mỹ, Italy, Peru đồng thời một số bài báo trong kỷ yếu cũng đăng tải một số mô hình cảnh báo trượt lở nhằm giảm tới mức thấp nhất thiệt hại do tai biến trượt lở gây ra.[8]

3 Đề tài Landslides: Mass Wasting, Soil, and Mineral Hazards của tác giả Timothy Kusky (2008) Trong nghiên cứu này, tác giả đã đưa ra các ảnh hưởng của loại, tính chất cơ lý của đất đá và mực nước ngầm đến khả năng xảy ra trượt lở Số liệu được thu thập từ các địa điểm trượt lở ở các bang của Mỹ [7]

4 Các bài báo tóm tắt Landslide Monitoring Technologies and Early Warning Systems trong hội thảo với đề án Safeland của châu Âu, diễn ra tại Áo (2010) Trong hội thảo này các nhà khoa học đã chia sẻ cho nhau kết quả nghiên cứu tình hình trượt lở đất ở Áo và một số nước châu Âu khác, đồng thời thống nhất với nhau về công trình nghiên cứu hệ thống cảnh báo sớm trượt lở đất và thiết lập nên khu vực an toàn đối với loại tai biến địa chất này Đồng thời dự án này dùng làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về tai biến địa chất của khu vực châu Âu [10]

5 Bài báo Development of socio-technical approach for landslides mitigation an drisk reduction program in Indonesia (2012) của tác giả Dwikorita Karnawati thuộc Đại học Yogyakarta, Indonesia Trong bài báo này đã trình bày phương pháp thiết lập bản đồ dự báo trượt lở và giới thiệu một số thiết bị quan trắc cần thiết như: extensometer (dụng cụ đo độ giãn), rain gauge (máy đo mưa)…số liệu được lấy từ các địa điểm thường xuyên xảy ra trượt lở ở Indonesia [6]

5

6 Environmental Monitoring Using GNSS của tác giả Joseph L.Awange, giáo sư bộ môn Khoa Môi trường và khoa học Trái Đất, đại học Maseno, Maseno, Kenya, xuất bản năm 2012 Trong sách tác giả đã giới thiệu nhiều ứng dụng của công nghệ GNSS trong lĩnh vực quan trắc môi trường.[8]

7 Các bài báo khoa học trong kỷ yếu Landslide Science for a Safer Geoenvironment của tác giả Kyoji Sassa, 2014, đã giới thiệu một số phương pháp nghiên cứu trượt lở của nhiều tác giả từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Italy, Sri Lanka, Indonesia [9]

8 Bài báo Landslide Warning System Using Zigbee and GPS , 2014, của tác giả Y.Srinivas, K.Raghara Rao thuộc Khoa Điện tử và Kỹ thuật Máy tính , Đại học Vaddeswaram KL, Guntur Trong bài báo này tác giả giới thiệu hệ thống cảnh báo trượt lở đất bằng hệ thống cảm biến Zigbee kết hợp với dữ liệu định vị vệ tinh GPS Thông tin cảnh báo sẽ được thu thâp và gửi đến mọi người bằng tin nhắn điện thoại.[15]

9 Bài báo Micro-scale Landslide Displacements Detection Using Bayesian Methods Applied to GNSS Data (2015) của nhóm tác giả Francesco Pirotti, Interdepartment Research Center of Geomatics, University of Padova, Padova, Italy đã giới thiệu phương pháp quan trắc trượt lở quy mô nhỏ bằng cách sử dụng phương pháp Bayesian cung cấp dữ liệu cho hệ thống GNSS [2]

10 Bài báo Application to the greater Mekong sub-region of landslide early warming system using the GNSS (2015) của tác giả Takami Kanno, Naohiro Ukai, Kazutomo Inagaki công ty Kawasaki Geological Engineering Co.,Ltd Hanoi, Jenoba Co.,Ltd Japan, Digital Contents Thailand Co., Ltd Bangkok Trong bài báo này các tác giả đã giới thiệu hệ thống cảnh báo sớm trượt lở đất bằng công nghệ Global Navigation Satellite System (GNSS) dành cho khu vực Tiểu vùng Mê kong với độ chính xác cao và chi phí không cao.[11] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Tại Việt Nam, vấn đề trượt lở đất được chú trọng trong 15 năm gần đây khi thảm họa trượt lở đất liên tục xảy ra, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của

6

Tai biến trượt lở ở Việt Nam xảy ra chủ yếu ở miền Bắc, miền Trung và Vùng Tây Nguyên Việt Nam do đặc thù về địa hình đồi núi có độ dốc lớn, bị chia cắt mạnh và chế độ dòng chảy phức tạp

Tại miền Bắc, các tai biến địa chất như trượt lở, lũ quét, lũ bùn đá xảy ra phổ biến ở các 6 tỉnh Tây Bắc Bắc Bộ: Lai Châu, Sơn La, Yên Bái, Lào Cai, Hòa Bình, Điện Biên

Tại miền Trung, khu vực có khả năng trượt lở cao có thể kể đến như: Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên

Tại Tây Nguyên khu vực có khả năng trượt lở cao có thể kể đến như: Kon Tum, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng

Các công trình nghiên cứu tiêu biểu : 1 Bài báo Hiện trạng sạt lở tuyến đường đèo Lò Xo tỉnh Kontum và các đề xuất

giải pháp phòng chống của nhóm tác giả Lê Thanh Phong, Bùi Trọng Vinh, Nguyễn Minh Trung (2012), Đại học Bách Khoa TP.HCM Trong bài báo này, nhóm tác giả ứng dụng phần mềm GIS (Arview) với 02 module là Sinmap và Shalstap và đã xây dựng được bản đồ nhạy cảm (những vùng tiềm tàng sạt lở) trong khu vực nghiện cứu Với các kết quả nghiên cứu và ứng dụng đạt được, nhóm tác giả đề xuất giải pháp địa kỹ thuật khả thi nhất để ổn định mái dốc nhằm giảm thiểu tác động của sạt lở cho khu vực nghiện cứu là lưới địa kỹ thuật (geotechnical grid) làm tường chắn có cốt [27]

2 Đề tài Nghiên cứu tai biến địa chất những vùng có nguy cơ nứt đất, trượt lở đất, lũ quét và các biện pháp ngăn ngừa, khắc phục trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng, Viện Địa lý Tài nguyên Tp Hồ Chí Minh, 2012 [30]

3 Đề tài luận văn thạc sĩ Ứng dụng GIS và viễn thám dự báo khu vực trượt lở đất tại tỉnh Lâm Đồng của tác giả Vũ Minh Tuấn (2013), Đại học Bách Khoa TPHCM Kết quả của đề tài là xây dựng bản đồ phân vùng trượt lở theo các phân tích khác nhau và phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố địa hình, địa chất, khí hậu…đến tình hình trượt lở khu vực Lâm Đồng, trong đó nguyên nhân chủ yếu dẫn đến trượt lở là do điều kiện thời tiết và địa hình.[29]

7

4 Đề tài luận văn thạc sĩ Đánh giá độ ổn định sườn dốc khu vực trượt lở phường B’lao, thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng và đề xuất các giải pháp phòng chống của Nguyễn Sanh Hà (2014), Đại học Bách Khoa TP.HCM Tác giả sử dụng phần mềm Geoslope để tính toán hệ số an toàn của khu vực trượt lở đất phường B’Lao, thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng đồng thời ước lượng phạm vi khối trượt và đề xuất một số giải pháp khắc phục.[21] 1.2 Cơ sở lý thuyết về tai biến trượt lở

1.2.1 Khái quát về tai biến trượt lở Trượt lở là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, dưới tác dụng của các quá trình địa chất động lực công trình, gây mất ổn định mái dốc, sườn dốc hay vách dốc (gọi chung là mái dốc) tạo ra sự dịch chuyển mái dốc (vật chất), phá hủy mọi thứ liên quan trên đường đi của chúng Các quá trình trượt lở là sản phẩm của các thay đổi điều kiện hình thái địa mạo, thủy văn và địa chất Sự thay đổi những điều kiện này được thực hiện bởi các quá trình địa động lực, phát triển của thực vật, quá trình sử dụng đất, các hoạt động nhân sinh, cũng như tần suất, cường độ lắng đọng trầm tích và chấn động Các hiện tượng này bao gồm cả các hiện tượng không thực sự trượt như đá đổ, đá rơi và dòng bùn dá

1.2.2 Phân loại trượt lở đất

Bảng 1.1: Phân loại trượt lở theo Varnes [40]

Kiểu dịch chuyển

8

 Kiểu dịch chuyển dạng đổ: bắt đầu với sự tách, vỡ của đất, đá từ mái dốc đứng theo mặt tách mà ở đó cường độ kháng cắt rất yếu hoặc không có Vật chất sau đó rơi theo trọng lực, có thể kèm theo chuyển động quay với tốc độ nhanh (như hình 1.1) Quá trình đổ sẽ lần lượt từ những mặt tách nhỏ hoặc lật đổ từng phần vật chất hoặc khi phần mũi của vách đá nhô ra biển dưới tác dụng của sóng hay lòng sông bị xói mòn dẫn đến bị đứt chân gây mất lực dính

Hình 1.1 Kiểu dịch chuyển dạng đổ (đá rơi, đá đổ) [40]  Kiểu dịch chuyển dạng lật: là hiện tượng khi một phần mái dốc (đất, đá) bị

lật quay, rơi ra khỏi mái dốc với trọng tâm quay quanh một điểm hay một trục giả định (như hình 1.2) Sự hình thành các vết rạn nứt trên đỉnh của khối trượt là tác nhân gây lật cao và phát sinh các ứng suất gây lật Đây là dạng lật phức tạp, sự phá hủy theo dạng này không những xảy ra trong các khối đá mà còn có thể xảy ra trong các khối đất dính bị khoét chân dưới tác dụng của dòng sông

Hình 1.2 Kiểu dịch chuyển dạng lật [40]

9

 Trượt xoay: là hiện tượng các khối đất, đá được dịch chuyển theo bề mặt phá hủy dạng mặt cong lõm giả định (như hình 1.3) Nếu bề mặt phá hủy (theo mặt cắt ngang) có dạng cung trượt hình trụ thì trong quá trình trượt, biến dạng bên trong khối trượt ít, thành phần đất đá cơ bản không bị xáo động Khi trượt xảy ra, phần đầu khối trượt dịch chuyển chủ yếu theo chiều thẳng đứng, phần bề mặt mái dốc phía trên khối trượt có khuynh hướng tạo ra độ nghiêng dốc ngược với mái dốc Trượt xoay xảy ra trong các vật liệu đồng nhất, thường sự tác động của chúng mãnh liệt hơn so với các kiểu dịch chuyển khác Tuy nhiên, trong tự nhiên ít khi vật liệu đồng nhất hoàn toàn, mái dốc dịch chuyển trong các vật liệu này thường xảy ra không đồng đều và gián đoạn theo các lớp vật liệu Khi đào bỏ một phần mái dốc cũng có thể là nguyên nhân gây trượt Vách dốc chính ở đỉnh mặt trượt xoay gần như thẳng đứng, không có gì chống đỡ nên sự dịch chuyển khối trượt có thể làm đổ lở phần này

Hình 1.3 Trượt xoay [40]  Trượt tịnh tiến: là hiện tượng khối trượt dịch chuyển xuống qua bề mặt dạng

mặt phẳng hoặc hơi gồ ghề (như hình 1.4) Trượt tịnh tiến nhìn chung là nông hơn trượt xoay Các bề mặt phá hủy thường dạng hình lòng máng rộng theo mặt cắt ngang Trong kiểu trượt này, khối trượt dịch chuyển liên tục có thể bị đứt gãy ra từng phần nếu vận tốc di chuyển hoặc độ ẩm tăng, khối bị phá vỡ sau đó có thể biến thành dạng chảy, tạo ra các dòng mảnh vụn đúng hơn là trượt thuần túy Trượt tịnh tiến thường kèm theo các dấu hiệu không

10

liên tục như đứt gãy, khe nứt, sự phân lớp hay lớp tiếp xúc giữa đá gốc là lớp phong hóa bên trên Trượt tịnh tiến không liên tục xảy ra dưới dạng đơn giản trên các khối đá được gọi là trượt phẳng

Hình 1.4 Trượt tịnh tiến [40]  Trượt hỗn hợp: là kiểu trượt trung gian giữa hai loại trượt xoay và trượt

tịnh tiến (như hình 1.5) Bề mặt phá hủy của loại này có vách dốc chính dốc hơn nhưng chiều sâu mỏng hơn Mặt trượt có dạng đường cong gãy khúc phức tạp, phụ thuộc vào biến dạng bên trong và ứng lực cắt dọc bề mặt trong phạm vi vật liệu dịch chuyển và những kết quả trong sự hình thành những vách dốc trung gian, độ dốc của nó giảm đột ngột, trên bề mặt vật liệu bị biến dạng, lún xuống tạo ra các địa hào và vùng chịu nén Kiểu trượt này thường xuất hiện khi trong cấu tạo của khối trượt có sự hiện diện của lớp đất yếu hay đới sét phong hóa, tạo ra các mặt trượt trung gian điều khiển quá trình dịch chuyển và tạo ra mặt trượt hỗn hợp

Hình 1.5 Trượt hỗn hợp [40]

11

 Kiểu dịch chuyển trượt ngang: xảy ra khi một lớp sét hoặc cát ẩm trở nên ẩm và mềm hơn khi chịu tác dụng của dòng thấm và chịu nén hông bởi trọng lượng của những lớp bên trên Điều này giải thích hiện tượng một mái dốc thoải ổn định trong thời gian dài có thể bị phá hủy và dịch chuyển bất ngờ Bề mặt phá hủy của dạng này không phải là bề mặt có ứng lực cắt lớn nhất như trượt bình thường mà phá hủy do sự hóa lỏng hoặc chảy (đẩy ra) của vật liệu mềm hơn bao bọc

 Kiểu dịch chuyển dạng dòng: là sự dịch chuyển liên tục theo không gian trong đó các dạng mặt cắt tồn tại ngắn, không được duy trì lâu (như hình 1.6) Đặc điểm phân bố vận tốc trong khối dịch chuyển gần giống với dạng dòng chất lỏng sệt Sự biến đổi dần dần từ trượt tới chảy xảy ra phụ thuộc vào lượng nước trong đất, tính lưu động và phạm vi phát triển của khối trượt Trượt lở mảnh vụn có thể trở thành dòng mảnh vụn có tốc độ cực nhanh trong các điều kiện nhất định Varnes đã sử dụng các thuật ngữ dòng bùn đất (earth flow) và dòng bùn đất dịch chuyển chậm (slow earth flow) để miêu tả các dòng đất khô di chuyển chậm hơn, sinh ra trong đất dính (thường là sét hoặc sét phong hóa từ đá gốc) với mái dốc vừa phải, độ ẩm vừa đủ Sự hình thành các dòng bùn đất thường liên quan đến mưa lũ, có trận hình thành ngay sau những trận lũ do mưa bất thường

Hình 1.6 Dịch chuyển dạng dòng [40]

12

Dòng mảnh vụn (debris) là một dạng dịch chuyển dòng nhưng với qui mô lớn hơn, dồn dập hơn, tốc độ di chuyển nhanh hơn Một dạng nữa của kiểu di chuyển này gọi là dòng đá gốc (bedrock flow), đặc trưng cho sự biến dạng liên lục theo không gian bề mặt trái đất như lở sâu, chúng dịch chuyển rất chậm dọc theo các bề mặt ứng suất cắt không kết nối với nhau do quá trình tạo nếp uốn tạo ra Một dạng đặc biệt nữa của dịch chuyển dòng là các dòng mảnh vụn vật liệu núi lửa Được thành tạo từ tro bụi núi lửa tích đọng trên mái dốc núi lửa với mức độ cố kết thấp, vận động dưới tác dụng của dòng nước xuất phát từ các hồ đứt gãy, sự ngưng tụ hơi nước, kết quả kết tủa các hạt phần tử nước cùng sự tan băng tuyết phía trên nón núi lửa

1.2.3 Hình thái khối trượt và động lực quá trình trượt  Hình thái khối trượt

Mỗi khối trượt đều tạo nên một khu trượt mà ranh giới, hình dạng của nó ở trên mặt bằng được quyết định bởi kích thước và kiểu trượt Những khối đất đá đã bị dịch chuyển tạo thành thân trượt gồm vật liệu tích lũy do trượt

Bề mặt mà ở đó các khối đất đá trượt tách ra và dịch chuyển xuống dưới thấp gọi là mặt trượt Trượt có thể có một hoặc nhiều mặt trượt (đôi khi mặt trượt được gọi là mặt phá hoại) Khi có nhiều mặt trượt tồn tại thì cấu trúc bên trong của khối trượt phức tạp hơn; các bộ phận của nó sẽ bị dịch chuyển một cách tương đối với nhau

Hình 1.7 Hình thái khối trượt [40]

13

Hình dạng mặt trượt trong đất đá đồng nhất thường là lõm, lõm đồng đều gần giống với mặt hình trụ tròn; trong đất đá không đồng nhất, mặt trượt được quyết định bởi vị trí, sự định hướng của các mặt, đới yếu tồn tại trong tầng đất đá cấu tạo nên sườn dốc hoặc mái dốc Nơi mặt trượt xuất lộ ra ở chân sườn dốc, chân mái dốc được gọi là chân trượt, còn ở phần trên của sườn được gọi là đỉnh trượt Chỗ mặt trượt lộ ra ngoài ở bên phải, bên trái trục khối trượt có tên là bờ trượt Tuỳ theo số lượng mặt trượt, khối đất đá dịch chuyển có thể là một thể nguyên, hoặc cấu tạo từ nhiều khối tảng – nhiều phần, tức có thể có cấu trúc toàn khối hoặc phức tạp hơn

Theo kích thước khối trượt, có thể chia ra: trượt nhỏ – một vài tảng riêng lẻ, các vết lở không lớn với khối lượng vài m3; trượt không lớn từ 10 đến 100 – 200m3; trượt vừa – hàng trăm đến 1000m3; trượt lớn – hàng nghìn và hàng chục nghìn m3 đến 100 – 200 nghìn m3; trượt rất lớn – hàng trăm nghìn m3 và nhiều hơn

 Động lực của quá trình trượt Động lực của quá trình trượt được đặc trưng bởi sự mất cân bằng của một bên là ứng suất gây trượt được hình thành chủ yếu là do trọng lượng của khối đất đá trên sườn dốc và một bên là sức kháng trượt của bản thân đất đá trên sườn dốc Chúng có những quy luật phát triển theo thời gian nhất định

Trong động lực phát triển của mỗi một khối trượt có thể phân chia ra 3 thời kỳ: 1-thời kỳ chuẩn bị trượt là thời kỳ làm giảm dần độ ổn định của các khối đất đá; 2- thời kỳ thành tạo trượt thực thụ, thường độ ổn định của đất mất đi tương đối nhanh hoặc rất đột ngột; 3 - thời kỳ tồn tại – thời kỳ ổn định trượt, lập lại độ ổn định của các khối đất đá Thời gian kéo dài của các thời kỳ đó trong từng trường hợp cụ thể có thể rất khác nhau

1.2.4 Nguyên nhân gây trượt [21] Dịch chuyển trượt phát sinh do tác động của trọng lực và các lực khác, có thể trở thành hiện thực khi nào thành phần lực gây trượt đạt được điều kiện bền của đất đá tại các mặt trượt Không phải tất cả các yếu tố ảnh hưởng đều là nguyên nhân gây trượt Những nguyên nhân gây trượt là những yếu tố trực tiếp

Khi η < 1, khối đất đá trên sườn dốc không ổn định, tức là xảy ra sự dịch chuyển các khối đất đá dù nhanh hay chậm cũng không thể tránh khỏi Khi η > 1, khối đất đá trên sườn dốc nằm trong trạng thái ổn định Khi η = 1, về lý thuyết, khối đất đá trên sườn dốc nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn

Trong bất kỳ sườn dốc nào cũng có lực gây trượt tác dụng, bởi vì trường trọng lực của trái đất luôn luôn tồn tại Tuy nhiên, trong những điều kiện như thế, trượt có thể vẫn không xảy ra, bởi vì, để xảy ra trượt thì cần có các nguyên nhân nhất định nào đó để phá hủy sự cân bằng của đất đá, làm cho hệ số ổn định khi đó trở thành nhỏ hơn 1 Nguyên nhân trực tiếp gây trượt, theo Lomtadze, thường là: + Tăng cao độ dốc của sườn dốc khi cắt xén, khai đào hoặc xói lở, khi thi công mái quá dốc

+ Làm giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi tẩm ướt, trương nở, giảm độ chặt, phong hoá, phá hủy kết cấu tự nhiên hoặc do phát triển các hiện tượng từ biến trong đất đá

+ Tác động của áp lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá, gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy …)

+ Biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc

+ Tác động bên ngoài: chất tải trên sườn dốc, mái dốc, kể cả những khu kế cận của đỉnh dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn …

15

1.2.5 Các nhân tố ảnh hưởng tới trượt lở [21] Hiện tượng trượt lở đất được cho là có liên quan đến mối quan hệ giữa kháng lực của đất đá hình thành trên sườn dốc đối với trọng lực của chúng Một sự cố trượt sẽ xảy ra khi mà thế cân bằng của mối quan hệ đó nghiêng về phía trọng lực Mối quan hệ này có thể bị thay đối bởi những tác động do tự nhiên và do con người Các yếu tố có ảnh hưởng tới sự ổn định của sườn dốc và các sự cố trượt là rất đa dạng và rất khác nhau, chúng tương tác với nhau theo cách rất phức tạp Theo Sidle và Ochiai (2006), các yếu tố tự nhiên có thể được chia thành năm nhóm: địa chất; độ bền của đất, hóa học đất, khoáng vật học; địa mạo; thủy văn; và địa chấn

 Các yếu tố địa chất [21] Độ ổn định của sườn dốc có mối liên quan đến các kiểu thạch học khác nhau, và mối quan hệ này mạnh hay yếu phụ thuộc rất lớn vào mỗi kiểu thạch học đó Sự phong hóa thường làm biến đổi các thuộc tính cơ lý, khoáng vật và nước của thạch học, do đó sự phong hóa cũng là một yếu tố quan trọng đối với độ ổn định sườn trong mọi hoàn cảnh môi trường

Một yếu tố địa chất quan trọng khác trong nghiên cứu tai biến trượt lở là trật tự phân lớp không ổn định Điều này xảy ra khi sự dịch chuyển của khối đất đá trên mặt phân lớp được kích hoạt khi mà áp suất lỗ hổng phát triển tại giao diện giữa hai lớp thạch học khác nhau (ví dụ như giữa cát kết và sét kết), hoặc khi mà độ bền của lớp trầm tích sét bị yếu đi do nước thấm qua lớp thạch học ở phía trên Do vậy, các sự cố trượt lở đất thường xảy ra mỗi khi có những cơn mưa lớn kéo dài Nhìn chung người ta xác định được bốn kiểu trật tự phân lớp không ổn định như sau: (1) phân lớp xen kẽ giữa các đá cứng và mềm; (2) đất đá có thành phần bị biến đổi cao và khả năng thấm cao nằm trên một lớp đất đá có khả năng thấm thấp; (3) các lớp đất mỏng nằm trên đá gốc; (4) mũ đá (có nứt nẻ) nằm trên các đá phong hóa dày

Độ bền tương đối của đất đá chịu ảnh hưởng lớn bởi các hoạt động kiến tạo trong quá khứ và quá trình phong hóa hiện thời Đặc biệt, các hoạt động tân kiến tạo cũng đóng một vai trò đối với sự ổn định của sườn dốc thông qua các quá trình dập vỡ,

16

đứt gãy, tách giãn và biến dạng cấu trúc Các đứt gãy và các cấu trúc dạng tuyến (lineament) thường rất được quan tâm nghiên cứu trong các đánh giá tai biến trượt lở đất

 Các yếu tố cơ học, hóa học và khoáng học của đất [21] Các yếu tố này có liên quan rất chặt chẽ đến các tính chất tự nhiên và trạng thái cân bằng của đất Sức chống cắt là một trong những đặc tính cơ học rất quan trọng có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định tự nhiên và nhân tạo của các sườn dốc Nó không có một giá trị nhất định nhưng lại bị ảnh hưởng rất lớn bởi các hoạt động tải trọng xảy ra trên sườn mà nhất là do ảnh hưởng của lượng nước trong đất Sức chống cắt của đất cơ bản được biểu diễn như là một hàm số của áp lực thẳng đứng lên mặt trượt (σ), lực dính kết (c), và góc ma sát trong (φ)

Một đặc tính tự nhiên quan trọng khác nữa là hàm lượng sét trong đất Các khoáng chất sét là sản phẩm phong hóa hóa học của đất đá rất quan trọng Có rất nhiều các nghiên cứu đã thử nghiệm liên hệ giữa một số các khoáng chất sét cụ thể với các kiểu trượt và sự nhạy cảm đối với trượt lở của các sườn dốc Sự tích tụ sét trong các khe nứt tàn dư cũng được liên hệ với các sự cố trượt Khoáng học sét và hóa học sét cũng có thể cung cấp những dấu hiệu liên quan đến các trạng thái của các mặt trượt tiềm năng

 Các yếu tố địa mạo [21] + Độ dốc sườn: Độ dốc sườn có liên quan rất chặt chẽ đến sự khởi đầu của các sự cố trượt lở Trong phần lớn các nghiên cứu về trượt lở, độ dốc sườn được xem như là một yếu tố gây trượt hoặc kích hoạt trượt Đôi khi người ta coi góc dốc của sườn như là một chỉ số của sự ổn định sườn, và trong GIS nó có thể được tính toán dưới dạng số và có thể mô tả theo không gian

Ngoài ra, các yếu tố động lực môi trường cũng có ảnh hưởng rất lớn đối với trượt lở Ví dụ như các khối trượt nhanh và các dòng trượt vụn thậm chí có thể xuất hiện trong những khu vực có góc dốc thấp Điều này chứng tỏ rằng các yếu tố địa mạo, địa chất, thủy văn, thổ nhưỡng đều là những yếu tố quyết định đến sự ổn định của sườn

17

+ Hình dạng sườn : Hình dạng sườn có một ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định sườn trong những vùng địa hình dốc do sự tập trung nước hay phân chia nước trên bề mặt sườn và lớp dưới bề mặt sườn Theo đơn vị địa mạo – thủy văn, có ba dạng sườn cơ bản: sườn lồi, sườn phẳng và sườn lõm Nhìn chung, dạng sườn lồi là dạng sườn ổn định nhất trong vùng địa hình dốc, ít ổn định hơn là dạng sườn phẳng và kém ổn định nhất là dạng sườn lõm Nguyên nhân là do cấu trúc địa hình có ảnh hưởng rất rộng lớn đến sự tập trung hay phân chia nước trên bề mặt sườn và lớp dưới bề mặt sườn Dạng sườn lõm có xu hướng tập trung nước ở lớp dưới bề mặt sườn vào những khu vực nhỏ của sườn, và do đó làm cho áp lực nước trong các lỗ hổng tăng lên một cách nhanh chóng khi có mưa bão hoặc trong những thời gian mưa kéo dài Khi áp lực nước lỗ rỗng hình thành trong các lỗ rỗng, lực cắt đất sẽ giảm xuống một giá trị tới hạn và một sự cố trượt có thể sẽ xảy ra Như vậy, các lỗ rỗng là những điểm nhạy cảm đối với sự khởi đầu của các khối trượt vụn hoặc các dòng trượt vụn

Hình 1.8 Các kiểu hình dạng sườn [27] + Hướng dốc : Hướng dốc có ảnh hưởng rất mạnh mẽ đến các quá trình thủy văn thông qua sự thoát – bốc hơi nước, và do đó có ảnh hưởng đến các quá trình phong hóa và sự phát triển của thực vật trên sườn, đặc biệt là đối với môi trường khô hạn Những đặc điểm như vậy có khả năng làm tăng sự mất ổn định sườn Các mối quan hệ thống kê giữa độ cao và các hiện tượng trượt lở đã được nghiên cứu trong rất nhiều công trình Nói chung, độ cao thường có liên quan với các sự cố trượt thông qua các yếu tố khác như độ dốc, thạch học, sự phong hóa, lượng mưa, sự chuyển động trên bề mặt, độ dày thổ nhưỡng và việc sử dụng đất

18

 Các yếu tố thủy văn [21] Yếu tố thủy văn cũng đóng vai trò quan trọng đối với sự khởi đầu các sự cố trượt Một số quá trình thủy văn đáng chú ý nhất là mưa (sự phân bố về không gian và thời gian của lượng mưa), sự thấm nước vào trong đất (và tiềm năng của các dòng chảy mặt), dịch chuyển ngang và thẳng đứng của nước trong đất đá, thoát – bốc hơi nước …

+ Mưa : Một số nhà khoa học thường coi một trong bốn thuộc tính liên quan đến lượng mưa sau như là những yếu tố gây nên trượt: tổng lượng mưa, cường độ mưa trong một thời gian ngắn, lượng mưa rơi trong đợt mưa bão và khoảng thời gian xảy ra mưa bão Tuy nhiên, người ta vẫn chưa xác định được kiểu thuộc tính về lượng mưa nào có mối liên quan nhất với các hiện tượng trượt lở Một số người đã cho rằng cường độ mưa trong một thời ngắn đóng vai trò quyết định nhất, một số khác lại cho rằng có mối liên hệ giữa các sự cố trượt với lượng mưa xảy ra trong một thời gian dài Sự phân bố theo không gian của lượng mưa có quan hệ mật thiết với sự khởi đầu của các hiện tượng trượt thông qua ảnh hưởng của việc hình thành áp lực nước lỗ rỗng trên các sườn không ổn định

+ Đặc tính thủy văn của đất và đá gốc bị phong hóa : Các đặc tính thủy văn của đất gây ảnh hưởng đến sự ổn định của sườn dốc có thể chi phối tốc độ di chuyển của nước vào sườn dốc cũng như khả năng giữ nước của nó Ngoài ra, cấu trúc, mật độ và hướng của các khe nứt trong đá gốc và trong các vật liệu bên dưới khác cũng có vai trò quyết định tới việc nước từ lớp đất bên trên thấm xuống dưới hay nước từ bên dưới thấm lên lớp đất bên trên

Khi một lớp đất có khả năng thấm nước bị giữ lại trong một chất nền có tính sét, áp suất lỗ rỗng có thể được tích lại và dẫn đến sự mất ổn định của sườn Ngoài ra, tính rỗng cao của những lớp đất nằm tương đối sâu trên những sườn rất dốc có thể trở nên không ổn định sau những thời kỳ mưa kéo dài cho dù áp lực nước lỗ rỗng tăng

+ Sự thấm nước : Tốc độ thấm có liên quan đến lượng nước thực sự đi vào trong đất và phụ thuộc vào các yếu tố vật lý, sinh học, địa hình và tốc độ phân phối nước (nghĩa là cường độ mưa hoặc tốc độ tan của tuyết) Khả năng thấm nước có

19

quan hệ với lượng nước lớn nhất hay lượng nước tiềm năng chảy vào trong đất tại một thời điểm nhất định (khả năng thấm nước luôn luôn lớn hơn hoặc bằng với tốc độ thấm) Tốc độ thấm của nước vào trong đất bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các đặc tính tự nhiên của đất (tức là độ lỗ rỗng, khả năng di chuyển của nước trong đất, sự phân bố của kích thước lỗ rỗng, mạng lưới dòng chảy thường xuyên), thảm thực vật, các hiện tượng băng giá, và điều kiện của địa hình Người ta đã chứng minh được rằng tốc độ thấm của nước có một mối quan hệ gián tiếp tới độ ổn định của sườn

+ Dòng chảy dưới lớp mặt : Do các quá trình dòng chảy dưới lớp mặt chi phối sự di chuyển trên sườn của nước đã được thấm xuống nên các quá trình này có ảnh hưởng tới các đặc điểm của sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng theo cả không gian và thời gian Dòng chảy thường xuyên trong đất và dưới đá gốc có thể tạo nên một sự chi phối rất lớn lên sự phát triển của áp lực nước lỗ rỗng trên các sườn dốc, và do đó có ảnh hưởng tới sự khởi đầu của các hiện tượng trượt lở

+ Áp lực nước lỗ rỗng : Áp lực nước lỗ rỗng thường hình thành tạm thời trong các gương nước ngầm trong đất đá và có liên quan đến sự khởi đầu hoặc sự thúc đẩy các sự cố trượt Các trũng địa mạo có xảy ra các sự cố trượt thường đặc biệt nhạy cảm với sự phát triển của gương nước ngầm do có sự hội tụ của các dòng chảy dưới lớp bề mặt

+ Sự ảnh hưởng của thực vật : Thực vật thường làm tăng độ ổn định của sườn theo hai con đường: bằng cách loại bỏ sự ẩm ướt trong đất thông qua sự thoát – bốc hơi nước và bằng cách tạo nên sự cố kết của rễ cây vào đất Do vậy, thực vật cũng được xem như một nhân tố chính có ảnh hưởng tới các hiện tượng trượt lở Một số ảnh hưởng của thực vật tới các quá trình thủy văn và cơ học tác động đến sự ổn định của sườn bao gồm: hạn chế lượng mưa do tán thực vật, do vậy thúc đẩy sự bốc hơi nước và giảm đi lượng nước thấm xuống đất; hệ thống rễ hút nước từ đất dẫn đến việc làm giảm đi độ ẩm trong đất; hệ thống rễ của những cây gỗ lớn bám chặt vào lớp đất làm ổn định lớp đất hơn; hệ thống rễ cây liên kết các bề mặt yếu dọc theo sườn của các khối trượt tiềm năng; hệ thống rễ tạo nên một lớp màng gia cố vào lớp đất, làm tăng sức chống cắt của đất; hệ thống rễ của các cây gỗ bám vào

20

lớp đá cứng làm tăng độ ổn định của sườn; trọng lượng của cây cối làm tăng các lực thành phần xuống phía dưới sườn

 Địa chấn [21] Địa chấn cũng là một trong những yếu tố chính kích hoạt các sự cố trượt Phần lớn các sự cố trượt trong quá khứ được kích hoạt bởi yếu tố địa chấn và các sự cố đó xảy ra ngày càng nhiều và thường rất bất ngờ Kiểu trượt được kích hoạt bởi động đất phổ biến nhất là các hiện tượng đá đổ, đá rơi thường phát triển trên các sườn dốc Thực tế bất cứ kiểu trượt nào cũng có thể xảy ra, bao gồm các hiện tượng đất đá rơi nhanh và vỡ thành mảnh vụn, trượt chậm dạng kết dính, trượt khối và đất chảy, trượt dòng Các hiện tượng đá đổ, đá rơi dạng vỡ vụn, trượt dòng là những hiện tượng trượt phổ biến nhất được kích hoạt do động đất, còn các hiện tượng trượt thành dòng có khả năng vận chuyển các vật liệu đi xa nhất

 Các yếu tố nhân tạo [21] Các hiện tượng trượt lở có thể là kết quả trực tiếp hay gián tiếp liên quan đến các hoạt động của con người Chưa có một nghiên cứu đầy đủ nào đề cập được hết các tác động của con người gây nên các hiện tượng trượt lở Có thể nêu ra một số các ví dụ như sau:

+ Các hoạt động xẻ núi làm đường, làm tăng độ dốc của sườn, tăng khả năng làm mất ổn định sườn

+ Các hoạt động làm tăng tải trọng trên các sườn dốc, phổ biến là việc xây dựng nhà cửa, tăng khả năng làm mất ổn định sườn, làm thay đổi chế độ thủy văn trên sườn và do đó gây tác động xấu đến sự ổn định của sườn

+ Việc chặt cây, phá rừng làm tăng khả năng xói mòn đất và làm yếu đi khả năng giữ đất của rễ cây, do đó làm giảm đi khả năng thoát – bốc hơi nước

+ Những chấn động rung xuất hiện do các hiện tượng tự nhiên (như động đất) hoặc do nhân tạo (do các hoạt động của máy móc, nổ mìn )

Hình 2.1 Khu vực nghiên cứu Hình 2.2 Khu vực xảy ra trượt lở đất 2.1.2 Địa hình

Thành phố Bảo Lộc nằm trên cao nguyên Di Linh – Bảo Lộc, địa hình có sự phân hoá thành 3 dạng địa hình chính là núi cao, đồi dốc và thung lũng:

+ Núi cao : phân bố tập trung ở khu vực phía Tây Nam thành phố Bảo Lộc, bao gồm các ngọn núi cao (từ 900m – 1,100m so với mực nước biển), độ dốc lớn Diện tích khoảng 2,500ha, chiếm 11% tổng diện tích toàn thành phố

22

+ Đồi dốc: bao gồm các khối bazan bị chia cắt mạnh tạo nên các ngọn đồi và các dải đồi dốc có đỉnh tương đối bằng phẳng với độ cao phổ biến 800m - 850m Độ dốc sườn đồi tương đối lớn, rất dễ bị xói mòn, dạng địa hình này chiếm 79.8% tổng diện tích toàn thành phố, là địa bàn sản xuất cây công nghiệp lâu năm như chè, cà phê, dâu tằm

+ Thung lũng : phân bố tập trung ở xã Lộc Châu và xã Đại Lào, chiếm 9.2% tổng diện tích toàn thành phố Đây là địa hình thấp, tương đối bằng phẳng, nhiều khu vực bị ngập nước sau các trận mưa lớn, nhưng sau đó rút nước nhanh Vì vậy thích hợp với phát triển cà phê và chè, cũng có thể trồng cây dâu và cây ngắn ngày

Khu vực nghiên cứu nằm trên vùng cao nguyên Di Linh - Bảo Lộc, có dạng địa hình đồi dốc với độ cao từ 800m – 1,000m, bị phân cắt bởi các hệ thống sông suối khá dày, bình quân 0.9 – 1.1 km/km2

Hình 2.3a Địa hình khu vực nghiên cứu [21]

23

Hình 2.3b Mặt cắt địa hình khu vực nghiên cứu theo hướng Đông – Tây (Takami

Kanno, 2016) 2.1.3 Khí hậu [21]

Nằm trong khí hậu nhiệt đới gió mùa nhưng do ở nhiệt độ cao trên 800m và tác động của địa hình nên khí hậu Bảo Lộc có nhiều nét độc đáo với những đặc trưng chính như sau Nhiệt độ trung bình cả năm (2015) 21-22 °C, nhiệt độ cao nhất trong năm 27.4°C, nhiệt độ thấp nhất trong năm 16.6 °C Số giờ nắng trung bình 1,680 giờ/năm, bình quân 4.6giờ/ngày Mùa mưa từ tháng 4 - 11, lượng mưa trung bình hàng năm 2,513mm, số ngày mưa trung bình cả năm 190 ngày, mưa nhiều và mưa tập trung từ tháng 7 - 9 Độ ẩm trung bình hàng năm khá cao từ 80 - 90% Gió: gió chủ đạo theo hai hướng chính Gió Đông Bắc thịnh hành từ tháng 1 – 4 Gió Tây Nam thịnh hành từ tháng 6 - 9

Hình 2.4 Biểu đồ nhiệt độ trung bình qua các năm [21]

+ Hệ thống suối Đại Bình: Phân bố chủ yếu ở phía Nam quốc lộ 20, bắt nguồn từ dãy núi cao ở phía Nam và phía Tây Bảo Lộc Các phụ lưu gồm: suối DaLab, suối Tân Hồ, suối Đại Bình có lượng nước phong phú, có thể sử dụng làm nguồn nước tưới ổn định cho thung lũng Đại Bình

+ Hệ thống suối ĐamB’ri: là vùng đầu nguồn của suối ĐamB’ri, phân bố tập trung ở xã ĐamB’ri, phần lớn các nhánh suối chỉ có nước vào mùa mưa Suối ĐamB’ri có nhiều ghềnh thác, trong đó có thác ĐamB’ri là cảnh quan có giá trị rất lớn về du lịch

Nước ngầm: mực nước ngầm tại Bảo Lộc thấp, trung bình ở độ sâu từ 7m đến 10m Do địa thế cao nên thành phố Bảo Lộc không bị ngập lụt Nhìn chung trữ lượng nước ngầm ở khu vực Bảo Lộc tương đối khá

2.1.5 Thảm thực vật Thực vật trong vùng nghiên cứu chủ yếu là cây cỏ, bụi rậm, với bộ rễ không sâu, không đủ để đóng vai trò gia cố lớp đất mặt; ít hơn nữa là phía trên sườn dốc có

25

trồng vài cây ăn trái xung quanh nhà, khu vườn trồng chè, ở nơi đất bị bóc đi, một phần đất đã được người dân trồng cây cà phê Thảm thực vật trong vùng, tạo ra một lớp đất hữu cơ mỏng ở trên bề mặt đất, bề dày khoảng dưới 0.2m, có tính xốp, rỗng cao, dễ dàng giữ nước lại sau các trận mưa Ở những nơi thảm thực vật bị bóc đi thay vào đó là trồng cây cà phê, nhưng đa phần là để trống hoàn toàn, đất đã mất đi lớp phủ bảo vệ làm khả năng chống đỡ với nước mưa kém đi nhiều, tạo điều kiện cho dòng chảy mặt xâm thực và xói mòn đất mạnh hơn trước

Hình 2.6 Thảm thực vật ở khu vực nghiên cứu 2.2 Đặc điểm địa chất khu vực

Căn cứ vào Bản đồ địa chất tỉnh Lâm Đồng tỷ lệ 1/200,000 do tác giả Nguyễn Siêu Nhân, Viện Địa Lý Tài Nguyên thành phố Hồ Chí Minh biên hội lại, cho thấy khu vực thành phố Bảo Lộc có các phân vị địa tầng và magma lộ ra trên mặt đất được thể hiện trong bảng dưới đây như sau: