25 năm cơ học đất và địa kỹ thuật công trình

Bài viết này làm cho bản tóm tắt kinh nghiệm và phân tích về thành tích, điểm yếu, thách thức và cơ hội của SMGE tại Việt Nam trong suốt 25 năm qua. Đề xuất cho mô hình mới và các hoạt động để phát triển Xã hội Việt Nam của SMGE cũng như bài học kinh nghiệm được trình bày. Vai trò của cơ học đất, kỹ thuật địa kỹ thuật để lập kế hoạch, thiết kế, thực hiện, bảo trì dự án, bảo vệ môi trường, phòng ngừa và giảm nhẹ thiên tai được thảo luận.

cứu toán dự báo lún Luận án Tiến sỹ địa chất, Hà Nội 2003 Đoàn Thế Tường nnk Tính chất lưu biến đất Báo cáo tổng kết đề tài, 2004 Larsson R Consolidation of soft soil Linkoping, 1986 Goldstein M.N Mekhanhitsexkiie xvoixtva gruntov Moxkva 1977 Mextsian X.R Mekhanhitsexkiie xvoixtva gruntov i laboratornưie metodư ikh opredelenhiie Moxkva 1974 Pekomendatsiii po opredelenhiiu parametrov polzutsexti i konxolidatsii gruntov laboratornưmi metodami PNIIIX Goxxtroia XXXR, Moxkva 1989 25 năm học đất địa kỹ thuật cơng trình Nguyễn Trƣờng Tiến* Phó Chủ tịch kiêm Tổng thư ký Hội học đất ĐKT Tel:090.3405769; Email: truongtien@gmail.com 25 years of soil mechanics and geotechnical engineering (SMGE) Abstract: This paper make the summary of experiences and analysis on achievements, weakness, challenges, and opportunities of SMGE in Vietnam during last 25 years Proposals for new model and activities to develop Vietnam society of SMGE as well as lesson learned are presented The role of soil mechanics, geotechnical engineering for planning, design, implementation, maintenance of projects, protection of environment, prevention and mitigation of natural disasters are discussed Mở đầu Cơ học đất Địa kỹ thuật cơng trình chun ngành kỹ thuật, áp dụng kiến thức, định nghĩa, khái niệm toán học, vật lý, hoá học, học, động lực học, thuỷ lực, dao động, môi trường, sinh vật học … vào kỹ thuật xây dựng Cơ học đất vốn xây dựng kinh nghiệm, nghệ thuật trở thành môn kỹ thuật với đóng góp Terzaghi cách 70 năm Đối tượng nghiên cứu, lời giải kỹ thuật giải pháp công nghệ học đất địa kỹ thuật cơng trình Đất, đá, nước, khí với tác động tải trọng, lực, lượng, dòng chảy, áp lực người thiên nhiên tạo nên Con người xây dựng nhà, trường, văn phòng, bệnh viện, cầu đường, bến cảng, nhà máy, sân bay, đập chứa nước, đường hầm, khai thác mỏ … cần đến học đất địa kỹ thuật Con người chôn lấp phế thải, nạo vét sơng ngịi, biển cả, lấn biển, tơn nền, làm đất, nước, khơng khí, cần có kiến thức kinh nghiệm Địa kỹ thuật Địa kỹ thuật cơng trình Trượt lở đất tự nhiên, trượt lở bờ sông, bờ biển, xây dựng đê điều, đào kênh mương thuỷ lợi, phòng chống bão lụt, động đất, sóng thần … với mục đích giảm nhẹ thiên tai cần lời giải Địa kỹ thuật kiến thức học đất Ngành học đất, móng, Địa kỹ thuật cơng trình, Địa kỹ thuật môi trường giới Việt Nam có bước tiến vượt bậc 25 năm qua Lấy mốc 25 năm vào thời điểm 1980 – 1981 Việt Nam tiếp nhận nhiều thiết bị khảo sát trường, phịng thí nghiệm, quy trình, quy phạm, sách, tạp chí, thơng tin, từ chương trình UNDP Liên hiệp quốc dành cho Liên hiệp khảo sát Bộ xây dựng chương trình hợp tác Viện KHCN xây dựng với Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển Mặt khác sau năm giải phóng miền Nam, nhiều phương pháp thí nghiệm (thí dụ SPT), quy trình quy phạm sách giáo khoa nước phương Tây bắt đầu có giao lưu với học đất địa kỹ thuật miền Bắc, vốn kiến thức kinh nghiệm Liên Xô cũ, Trung Quốc nước XHCN khác Báo cáo trình bày thành tựu đạt lĩnh vực Cơ học đất Địa kỹ thuật, số tồn tại, thách thức hội cho phát triển Thành tựu 2.1 Khảo sát đất quan trắc Địa kỹ thuật Với giúp đỡ Viện SGI, Thuỵ Điển, EU từ năm 1979 – 1980 nhiều thiết bị thí nghiệm phịng trường nhập sang Việt Nam Việt Nam tự chế xuyên tĩnh XT80 để khảo sát đất Một số kết luận là: - Có thể lấy mẫu đất sét yếu nguyên trạng trường kỹ thuật công nghệ Thuỵ Điển, Canada, Nhật, Anh, Pháp - Có thể xác định xác độ lún nền, sức kháng cắt đất yếu, dự tính lún theo thời gian, độ lún thứ phát … thí nghiệm nén cố kết phịng thí nghiệm, xuyên côn nén ba trục Xuyên tĩnh thiết bị thích hợp để xác định địa tầng, sức kháng xuyên đầu mũi ma sát - bên thích hợp để dự tính sức chịu tải cọc, dự tính độ lún móng cát - Xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng cho phép xác định khả thoát nước, hệ số thấm tiện ích cho thiết kế loại cọc cát, nhựa, tầng hầm, độ cố kết - Cắt cánh thiết bị thích hợp để xác định sức kháng cắt khơng nước sét yếu - Xuyên động (SPT) dùng để phân tầng, xác định sức chịu tải nền, cọc - Nén ngang hố khoan cho phép xác định môđun biến dạng, cường độ, sức chịu tải cọc - Thí nghiệm xác định sức chịu tải cọc, nén tĩnh cho phép đánh giá xác khả chịu lực cọc - Thí nghiệm thử đóng cọc lý thuyết truyền sóng CAPWAP cho phép xác định xác sức chịu tải cọc, phân bổ ma sát bên, phản lực mũi cọc quan hệ Tải trọng - Độ lún - Các thiết bị quan trắc lún, quan trắc nghiêng, đo áp lực, biến dạng, chuyển vị … đo cho phép hiển thị đắn làm việc nền, móng, tầng hầm, tường chịu lực … 2.2 Xử lý đất yếu Nền đất yếu xử lý phương pháp: - Bản nhựa thoát nước gia tải trước đất đắp hút chân không - Cọc vôi đất, cọc xi măng đất (cường độ thấp) - Cọc cát đầm chặt theo cơng nghệ Nhật Bản - Đất có cốt, vải địa kỹ thuật nhằm phân bổ ứng xuất hơn, ngăn cản trộn lẫn đất cát bùn, đồng thời tăng khả chịu lực kéo - Các loại cọc tre, cọc tràm, cọc bê tông ngắn, cọc ống nhựa, ống thép, ống bê tông … sử dụng để xử lý đất yếu Các loại cọc ngắn (khoảng – 4m) thiết kế nhóm cọc khối móng quy ước Các loại cọc nhỏ (có tiết diện nhỏ 25cm) thiết kế loại cọc truyền thống - Thay đất xấu đất tốt đầm chặt Địa kỹ thuật số 3-2005 - Cố kết động: (Sử dụng nặng rơi từ độ cao lớn) cho phép tăng trình cố kết, giảm độ lún tăng khả chịu tải thích hợp cho dự án lấn biển, xây dựng cụm, tuyến dân cư 2.3 Nền móng - Các loại móng băng giao nhau, móng đơn, móng vỏ nón, móng bè … sử dụng thành thạo để làm móng cho cơng trình nhà hạ tầng kỹ thuật, xã hội - Cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi, cọc khoan đóng tường móng, tường đất, neo đất … trở thành giải pháp kỹ thuật công nghệ phổ biến - Cọc bê tông kết hợp với cọc thép (đóng khoan) sử dụng để xử lý hang động kast - Cọc đường kính nhỏ (( < 25cm) bê tông, thép, ống nhựa, luồng … phục vụ cho việc xây chen thành phố, chống lún, gia cường … thực trở thành giải pháp kỹ thuật cơng nghệ có nhiều ưu điểm: ( Tiết kiệm vật liệu lượng; Địa kỹ thuật số 3-2005 ( gây chấn động ( Sử dụng vật liệu tối ưu Tăng ma sát bên; ( Thiết kế, thi công kiểm tra dễ dàng ( Phù hợp với điều kiện kỹ thuật – công nghệ – kinh tế – xã hội Việt Nam 2.4 Địa kỹ thuật môi trƣờng Từ thập kỷ 90, bắt đầu quan tâm đến lĩnh vực thu học kinh nghiệm quý về: - Nhiễm bẩn đất, nước, khí giải pháp phòng ngừa - Nhiễm bẩn nguồn nước uống amoniac - Nhiễm bẩn đất nước tro xỉ - Giải pháp ngăn ngừa bảo vệ ảnh hưởng bãi rác phế thải công nghiệp - Kinh nghiệm kỹ thuật sử lý phế thải, rác thải - Lún sụt đất khai thác nước ngầm - Nền móng cho vùng có lún sụt mặt đất 2.5 Địa kỹ thuật với bảo vệ, phòng chống giảm thiểu thiên tai Các chuyên gia học đất, địa kỹ thuật nghiên cứu, đề xuất nhiều giải pháp - Cơ chế trượt lở mái dốc, bờ sơng, bờ biển, hầm lị, đất đắp … - Giải pháp chống trượt lở - Kỹ thuật công nghệ làm nhà vùng ngập lụt, lũ quét động đất - Nền móng cơng trình chịu tả i trọng lớn Hạn chế yếu - Thiếu sách giáo khoa mới, thiếu thông tin, chậm đổi giáo trình chương trình giảng dạy - Chất lượng đào tạo chuyên gia học đất, Địa kỹ thuật thấp Thiếu hụt đội ngũ kế cận Trình độ Tiến sĩ, Thạc sĩ chun gia cịn hạn chế Các luận án cao học Tiến sĩ cịn gắn với thực tiễn nhu cầu phát triển - cơng trình học đất địa kỹ thuật công bố - Thiếu hội học tập, thực tập, tham dự Hội nghị quốc tế đào tạo trình độ cao - Thiếu tiêu chuẩn chuyên ngành - Thiếu thư viện Địa kỹ thuật cập nhật - Chưa phát huy vai trị Hội nghề nghiệp Thiếu kinh phí hoạt động - Thiếu hợp tác Trường – Viện – Doanh nghiệp - Năng lực chun mơn, trình độ ngoại ngữ, khả sử dụng máy tính, giao lưu quốc tế nhiều hạn chế Cản trở hội nhập Thách thức - Thất thốt, lãng phí, tham nhũng xây dựng thiếu chuyên nghiệp, đạo đức nghề nghiệp (lương tâm nghề nghiệp) thiếu trách nhiệm với xã hội, nhà dân, đồng nghiệp an toàn - Tụt hậu, thiếu khả cập nhật, thiếu sáng tạo động để phát triển - Kiến thức kinh nghiệm nghèo nàn, không thường xuyên học tập, nghiên cứu, trao đổi thông tin - Thiếu quan tâm xã hội, Nhà nước… cần thiết vai trò kỹ thuật kỹ sư - Chưa hình thành thị trường cho Khoa học – Kỹ thuật – Công nghệ, tư vấn, giáo dục đào tạo Không tạo động lực cho tự nguyện cá nhân Địa kỹ thuật số 3-2005 - Chủ nghĩa cấp, chủ nghĩa quyền lực, chủ nghĩa cá nhân, chủ nghĩa cầu danh, cầu lợi, suy thoái đạo đức, coi trọng đồng tiền cản trở phát triển KHKT, giáo dục đào tạo, kinh tế, nói chung chuyên ngành Cơ học đất Địa kỹ thuật cơng trình nói riêng - Thoả mãn, lòng với kiến thức, kinh nghiệm, thiếu ý chí học tập vươn lên - Thiếu tính cộng đồng để chia sẻ thông tin, kiến thức, kinh nghiệm Thiếu hợp tác - Chất lượng người, chất lượng cơng trình sản phẩm cịn thấp Các giá trị không đề cao Cơ hội Chuyên ngành Cơ học đất Địa kỹ thuật móng cho cơng trình, đồng thời tảng cho phát triển Cơ học đất Địa kỹ thuật làm việc với đất (Mẹ) với khơng khí, trời (Cha) với nước (Anh em, bạn bè) Vì phải tôn trọng bảo vệ tự nhiên, môi trường đa dạng sinh học Vì nghiệp xố đói giảm nghèo, phát triển bền vững Hội nhập kinh tế quốc tế Đất nước công trường lớn, tìm cân Phát triển Bảo vệ mơi trường cần có lời giải thơng minh kỹ sư địa kỹ thuật Phát triển bền vững hiểu hệ hôm phải sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên để dành quyền lợi cho hệ tương lai Đất, nước, khơng khí đa dạng sinh học, tài ngun thiên nhiên … phải sử dụng cách thông minh, khôn khéo sở kiến thức Khoa học – Kỹ thuật – Cơng nghệ – Văn hố vững vàng có trách nhiệm Cơ hội đặt cho nhà Cơ học đất Địa kỹ thuật là: - Có hiểu biết sâu sắc ứng xử đắn với loại đất Việt Nam Đặc biệt đất sét yếu - Tham gia vào công tác quy hoạch sử dụng đất nước - Tư vấn kỹ thuật giải pháp xử lý đất yếu, chống trượt lở mái dốc, bờ sông, bờ biển, đê điều … - Tư vấn kỹ thuật cho giải pháp móng tiết kiệm, giảm chi phí tăng hiệu - Thiết kế thi công công trình ngầm - Thiết kế thi cơng cơng trình ven biển, hải đảo, vùng sâu vùng xa - Bảo vệ mơi trường - Phịng chống giảm nhẹ thiên tai - Giải pháp phòng chống động đất - Kỹ thuật mới, công nghệ mới, vật liệu ngành địa kỹ thuật - Phương pháp tính, phần mềm, MTĐT, cơng nghệ thơng tin… để đẩy nhanh q trình nghiên cứu - Nâng cao trình độ đào tạo Xuất sách, tạp chí, báo chí - Xây dựng phịng thí nghiệm hợp chuẩn, phịng thử ly tâm, phịng thí nghiệm mơi trường … để hiểu biết sâu giải pháp kỹ thuật - Phát triển thiết bị đo, quan trắc, định vị (GPS) nhằm cung cấp thơng tin kịp thời, xác phục vụ cho lời giải kỹ thuật giải pháp công nghệ - Phòng chống nhiễm bẩn, làm đất nước bị nhiễm bẩn, bảo vệ lan toả, phân bón đất nước đioxin … - Lập quy trình quy phạm Địa kỹ thuật - Viết sách, đổi giáo trình, chương trình học tập - Tranh thủ giúp đỡ quốc tế - Tham gia vào chương trình đào tạo Địa kỹ thuật số 3-2005 6 Đề xuất mơ hình tổ chức nội dung hoạt động Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình (2006 – 2009) 6.1 Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình Việt Nam (VSSMGE) tiếp tục trì thành viên thức Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình quốc tế (ISSMGE) Tích cực tham gia hoạt động ISSMGE Mở rộng quan hệ quốc tế với Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình nước thành viên 6.2 Ban chấp hành Hội tập hợp đủ đại diện Trường, Viện, Doanh nghiệp … đảm bảo có đủ mạng lưới chi hội chuyên gia 6.3 Thường trực Ban chấp hành có 15 người để kịp thời đưa đ ịnh đắn 6.4 Quỹ thành viên đóng góp nguồn cho hoạt động Vận động cac nhà tài trợ giúp đỡ 6.5 Tổ chức hoạt động nghiên cứu, dịch vụ tư vấn, đào tạo, chuyển giao công nghệ … để phát huy lực đơng đảo hội viên có Quỹ cho hoạt động Hội 6.6 Bảo trợ giúp đỡ hoạt động Công ty AA – Corp., Viện Địa kỹ thuật số đơn vị khác công tác tư vấn, đào tạo, nghiên cứu khoa học, xuất phẩm phát triển công nghệ Hoạt động đơn vị góp phần cho phát triển Hội 6.7 Hội thành lập Tiểu ban kỹ thuật để phối hợp Hội viên giải nội dung cụ thể Thí dụ xây dựng tiêu chuẩn 6.8 Hội tiếp tục tham gia nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ, tư vấn, phản biện xã hội, đào tạo, giáo dục, phổ biến kiến thức, tham gia chương trình đăng bạ kỹ sư 6.9 Hội tiếp tục phát triển chương trình, đề tài Hợp tác quốc tế Tranh thủ cao giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp nhằm nâng cao kiến thức trình độ, kỹ hội học tập, nghiên cứu 6.10 Hội xây dựng chương trình đào tạo nâng cao trình độ cho kỹ sư Địa kỹ thuật Tham gia xây dựng chương trình đào tạo Cao học Tiến sĩ Địa kỹ thuật Bài học kinh nghiệm 7.1 Sự phát triển chuyên ngành học đất Địa kỹ thuật 25 năm qua nhờ có cố gắng nhiệt tình, yêu nghề, yêu đất nước hệ số môn, số cá nhân Thiếu người chủ chốt, sáng kiến động bỏ qua hội 7.2 Phải tôn trọng chữ sau quan hệ hợp tác hoạt động nghề nghiệp: Tôn trọng (Respect), Kết hợp (Combination), Trao đổi thông tin (Communication), Nâng cao lực (Competence), Cam kết (Commitment), Có đạo đức nghề nghiệp (Ethics), Trách nhiệm (Responsibility), Tường minh (Trasparency), Dân chủ (Democracy) Chủ nghĩa nghề nghiệp, Tính chuyên nghiệp (Professionalism) 7.3 Biết kết hợp khai thác giá trị Văn hố Đơng phương với Văn minh phương Tây Khai thác triệt để mối quan hệ hợp tác Đông – Tây, tìm kiếm khai thác mối quan hệ Hình thành chương trình hợp tác quốc tế với Thuỵ Điển, Canada, Mỹ, Pháp, Đức, Anh … Quan hệ cá nhân nhà địa kỹ thuật Việt Nam quốc tế quan trọng 7.4 Lựa chọn cán chủ chốt hoạt động cho chương trình hợp tác, nghiên cứu đóng góp cho Hội Họ phải người: - Có lực chun mơn, tình u nghề nghiệp, có khả hợp tác tổ chức thực - Có tầm nhìn lâu đài cho phát triển - Có tính mục tiêu xác định nhu cầu phát triển Địa kỹ thuật số 3-2005 - Biết Quản lý điều hành, lập kế hoạch chương trình hoạt động - Nhạy cảm, hiểu biết, cởi mở, chân thành, sáng, có độ linh động cao Biết Ai? Và làm Sống đạo đức, khiêm tốn, tín, nghĩa … - Có tính chun nghiệp cao, có chun mơn sâu giao tiếp tốt tiếng Anh, sử dụng thành thạo Máy tính điện tử, internet … cho mục đích học tập, giảng dạy, nghiên cứu khoa học - Đóng góp tự nguyện cho phát triển Hội, chuyên ngành - Dễ dàng hợp tác với tất - Có hiểu biết lịch sử, văn hoá giá trị (Giá trị = chất lượng/giá thành) 7.5 Những yếu tố quan trọng phát triển - Phải có người có chất lượng - Man MAN - Phải có kinh phí để hoạt động - Money MONEY - Phải có thiết bị - Machinery MACHINERY - Phải có phương pháp hoạt động - Methods METHODS - Phải biết quản lý điều hành - Management MANAGEMENT - Phải biết tiết kiệm phút - Minnocite MINUTE Tức nguyên lý 6M Yếu tố người quan trọng nhất, theo nguyên lý thiên địa nhân Kỹ sư Địa kỹ thuật phải có hiểu biết triết học, văn hố đơng phương, phong thuỷ, dịch lý, ngũ hành, âm dương … Vì họ phải ứng xử hành ngày với đất, nước, khí 7.6 Phải hình thành mơ hình tổ chức, hoạt động kết hợp hài hoà mục tiêu Nghiên cứu (Viện) + học tập giảng dạy (Trường) + sản xuất kinh doanh, tư vấn (Công ty) Phát triển Công ty – doanh nghiệp khoa học kỹ thuật – Công nghệ để cung cấp dịch vụ kỹ thuật, công nghệ, giáo dục đào tạo, chuyển công nghệ, tư vấn đầu tư, xuất nhập kỹ thuật, công nghệ với chât lượng cao 7.7 Đặc biệt quan tâm tới tổ chức Hội thảo, lớp học, xuất bản, thông tin trang web áp dụng công nghệ tin học để giao lưu trực tuyến, xuất tuyển tập dạng CD 7.8 Trang thủ giúp đỡ báo chí, quan ngôn luận … để định hướng đến dư luận xã hội hiểu biết nghề nghiệp Kết luận kiến nghị 8.1 Vai trò học đất Địa kỹ thuật cơng trình quan trọng quy hoạch, thiết kế xây dựng khai thác, bảo dưỡng, sử dụng cơng trình 8.2 Cơ học đất Địa kỹ thuật chuyên ngành quan trọng để bảo vệ, giữ gìn, khai thác hợp lý đất, nước, khí mơi trường tài ngun thiên nhiên 8.3 Cơ học đất địa kỹ thuật công trình cung cấp lời giải kỹ thuật cơng nghệ để phòng chống giảm thiểu thiên tai: Trượt lở đất, lũ lụt, bão, động đất, lũ quét 8.4 Thành tựu, hạn chế, thách thức, hội, nội dung tổ chức hoạt động, học kinh nghiệm phân tích, kiến nghị để hội viên đóng góp Cần thiết tổ chức lại Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình Việt Nam, lựa chọn ban chấp hành thông qua điều lệ định hướng cho phát triển Địa kỹ thuật số 3-2005 Đƣờng cong ứng suất biến dạng đá ứng dụng để lựa chọn điều kiện giới hạn Nghiêm Hữu Hạnh* The stress-strain curve of rock and applications for choosing the limit conditions Abstract: In this paper the author analyzes the relationships of stress and strain state of rock on stress-strain curve, remarks on some limit conditions, as: elastic limit point, long-term strength, peak strength and ultimate strength Different chooses of limit conditions for estimate of stability of constructions are recommended Đặt vấn đề Mối quan hệ ứng suất biến dạng đá phản ánh ứng xử đá tác dụng tải trọng Đây thường mối quan hệ phi tuyến Tuy nhiên, nhiều toán kỹ thuật thường giới hạn vùng biến dạng tuyến tính đá để áp dụng lời giải lý thuyết đàn hồi Trong đó, kết nghiên cứu nhiều tác giả nước [1, 2, 3, 6, 9, 10] thấy nhiều loại đá, đặc biệt đá trầm tích, giới hạn đàn hồi chiếm khoảng 40-50% độ bền đá Điều có nghĩa khả chịu tải đá không sử dụng hết Đối với nhiều cơng trình có thời gian sử dụng ngắn hạn, đường hầm khảo sát, bờ dốc mỏ khai thác khống sản, lị chợ khai thác than phương pháp hầm lò…khi lấy giới hạn đàn hồi làm để đánh giá ổn định “bỏ phí” sức chịu tải đá, lúc đó, bờ dốc qua thấp hầm lị chèn chống nhiều Bởi vậy, sử dụng hợp lý sức chịu tải đá câu chuyện đáng quan tâm Khi nói đến sức chịu tải, độ ổn định…người ta thường ý đến trạng thái ứng suất điều kiện giới hạn chúng Vậy thì, tốn thực tế có điều kiện giới hạn nên chọn điều kiện cho lời giảI cụ thể Tác giả trình bầy mối quan hệ đường cong * Viện Địa kỹ thuật 169 Nguyễn Ngọc Vũ - Hà Nội Tel: 5564524, 0913554386 Email: nghiemhuuhanh@yahoo.com Địa kỹ thuật số 3-2005 ứng suất biến dạng điều kiện đặc trưng nó, từ trao đổi việc lựa chọn điều kiện giới hạn tính tốn ổn định cơng trình Đặc điểm đƣờng cong ứng suất-biến dạng đá Đường cong ứng suất - biến dạng xác định thí nghiệm nén mẫu đá, thường hình trụ có chiều cao lần đường kính Trong q trình thí nghiệm người ta ghi tải trọng nén tương ứng với biến dạng tuyệt đối theo phương dọc ngang mẫu, từ xác lập biểu đồ “ứng suất: (-biến dạng tương đối: (” có trục tung thể ( trục hồnh - ( để đơn giản từ gọi ( biến dạng Vật thể gọi đàn hồi dỡ tải không biến dạng quay trở khơng Trong thực tế có loại đá thoả mãn điều kiện đàn hồi lý tưởng Hình Đường cong ứng suất-biến dạng đá: OA: biến dạng khép kín khe nứt, AB: Biến dạng tuyến tính, BC: Biến dạng đàn dẻo, CD: Biến dạng sau giới hạn bền Đường cong “(-(” thí nghiệm nén ba trục (Hình 2) Hallbauer nnk [5] cho thấy hình thành mặt nứt vỡ mẫu đá quartzit hạt mịn chứa sét kết Tại đó, điểm B đoạn AB, rạn nứt lẻ loi xuất rời rạc, chủ yếu phần mẫu Chiều dài chúng có xu hướng chạy song song với trục ứng suất lớn Như vậy, xuất biến dạng không thuận nghịch biểu cho bắt đầu phát triển vi khe nứt phá vỡ cấu trúc đá Nhiều nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy trình diễn lực nén tác dụng lên mẫu thí nghiệm khơng đổi [1, 4] Có thể nguyên nhân cho hình thành biến dạng dẻo biến dạng theo thời gian Đến cuối đoạn BC có gia tăng vi khe nứt hợp sinh theo mặt phần mẫu Tại điểm ứng suất lớn nhất, C, mặt vỡ vi khe nứt phát triển phần mẫu, lớn dần, tiến đến hai đầu mẫu nối tiếp vi khe nứt với Cuối cùng, đoạn CD, mặt vỡ phát triển đến hai đầu mẫu; hướng thay đổi, có xu hướng chạy chéo mép mẫu, chia mẫu làm hai phần, giảm nhanh sức kháng mẫu Thể tích vi khe nứt, đo trạng thái khơng tải sau đó, vào khoảng 16-19%, coi đáng kể Địa kỹ thuật số 3-2005 Hình Sự phát triển vi khe nứt trình thí nghiệm nén ba trục (Theo Hallbauer nnk,1973) Trên đường cong ứng suất biến dạng, nhiều tác giả [1, 2, 4, 7, 9] chia vùng đặc trưng vùng biến dạng tuyến tính, vùng biến dạng phi tuyến vùng biến dạng phá huỷ Một số nét đặc trưng vùng sau: Vùng biến dạng tuyến tính, mơdun đàn hồi E, hệ số Poisson ( giới hạn đàn hồi (e Các đoạn OA AB gần với đường thẳng, tăng giảm tải thay đổi cấu trúc tính chất đá khơng thuận nghịch Tuy vậy, thực tế ứng dụng, vùng AB xem vùng biến dạng đàn hồi Tại đây, biến dạng đàn hồi tinh thể phát sinh biến hình mạng tinh thể mà khơng phá huỷ cấu tạo chung chúng Đất đá nằm trạng thái đàn hồi ứng suất chưa đạt đến giới hạn gọi giới hạn đàn hồi (elastic limit) (e Quan hệ ứng suất biến dạng tuyến tính (đoạn AB), biểu diễn hệ toạ độ Descartes, thể định luật Hooke mở rộng: x y z   xy E  xz  yz   0   0   0 0 21    0 0 21    0 0 0 đó: (x, (y, (z, (xy, (xz, (zy (x, (y, (z -các ứng suất pháp tuyến, tiếp tuyến biến dạng dài tương đối thành phần; (xy, (xz, (zy- biến dạng trượt tương đối, E, (- môđun Young hệ số Poisson, coi số Vùng biến dạng phi tuyến, môdun dẻo D độ bền nén Vùng BC, thường bắt đầu khoảng 2/3 giá trị cực đại đá giòn khoảng 1/3 - đá dẻo[2, 6, 7, 9], có độ dốc đường cong giảm dần đến không tương ứng với gia tăng ứng suất Trong vùng biến đổi tính chất cấu trúc đá khơng thuận nghịch chu kỳ tăng giảm tải vẽ nên đường cong hoàn toàn khác [3, 4, 58] Một chu kỳ dỡ tải PQ (Hình 1) cho giá trị biến dạng dư (o Nếu tiếp tục tăng tải, đường cong ứng suất biến dạng QR chu kỳ không trùng với đường OABP, điểm R nằm cao điểm P x y z   xy D  xz  yz     x y z   xy  xz 21     yz Trong đoạn BC, đá ứng xử vật thể đàn-dẻo [1, 8], E ( khơng cịn số mà thay đổi phụ thuộc vào trạng thái ứng suất Có nhiều phương pháp để mô quan hệ ứng suất biến dạng đoạn phi tuyến Kuzneshov [11] mô hình hố biến dạng phi tuyến e đoạn BC gồm hai thành phần: biến dạng đàn hồi ( biến dạng dẻo ( Ông thể chúng sau: e x   x  x e xy   xy  xy e y   y  y e xz   xz  xz e z   z  z e zy   zy  zy   0  0       0 0 0   0 0 Địa kỹ thuật số 3-2005  x y z   xy  xz 21      yz 0 đó, theo Rose, D- môdun dẻo, (* =0,5 Chấp nhận (* =0,5, theo chúng tơi, hợp lý cho trường hợp cận kề với vùng phá huỷ mẫu điểm C đường cong “(-(”, ứng suất chưa đạt giới hạn phá (2) Các thành phần (x, (y, (z, (xy, (xz, (zy- xác định theo công thức (1), thành phần tương ứng ( xác định theo công thức, sau:    (1)  (3) huỷ, sử dụng giá trị gượng ép Mối quan hệ môdun đàn hồi mơdun dẻo xác định theo kết thí nghiệm nén, [1] xác định sau: D = E/P (4) đó: P – số dẻo xác định từ đó: Thơng thường, nhà thiết kế thường Điều kiện bền lâu dài đá xác định sau: tính tốn cho đá không xuất vùng biến dạng dẻo, nghĩa ứng suất (( = (tg(( + c(, (11) thường khơng lớn giới hạn đàn hồi Giới đó: (e, ((, C( thông học phụ hạn này, theo kết thí nghiệm nhiều thuộc vào trạng thái ứng suất xác phịng thí nghiệm, 30% - 70% độ định thực nghiệm bền phụ thuộc vào loại đá Chấp nhận điều đồng nghĩa với việc không tận dụng hết độ bền đá, không phù hợp với quan niệm tiên tiến Vấn đề đặt sử dụng tối đa độ bền đá Điều phụ thuộc trước hết vào mục đích, thời gian sử dụng cơng trình vào điều kiện cụ thể đất đá trạng thái ứng suất Khi cơng trình vĩnh cửu, chúng tơi thấy hồn tồn sử dụng độ bền lâu dài làm điều kiện giới hạn thay cho giới hạn đàn hồi Nếu độ bền đá phát huy thêm khoảng 15-20% Khi cơng trình bán vĩnh cửu sử dụng ngắn Hình Các đường bao vịng trịn hạn, phụ thuộc vào thời gian cơng tác Mohr giới hạn: tính chất từ biến sử dụng độ bền lâu 9-Đường bao vòng tròn Mohr dài tương ứng với thời gian công tác làm trạng thái giới hạn bền, điều kiện giới hạn thay cho giới hạn đàn hồi 11 – trạng thái giới hạn bền lâu dài, Lúc độ bền đá phát huy 10- trạng thái giới hạn đàn hồi thêm khoảng 20-60% so với dùng điều kiện đàn hồi Thậm chí, số trường Các đường biểu diễn công thức (9), hợp, mỏ khai thác ngắn hạn, có (10) (11) thể hình Từ thể dùng biến dạng sau giới hạn , nghĩa nhận xét sau: tận dụng tồn độ bền đá ( Khi (  (e, đá trạng thái biến dạng đàn hồi Hình cho thấy mối quan hệ “( - (” đá hoa [5] Trên hình thấy ( Khi (e  ( < (( đá trạng thái biến dạng ứng suất (3 lớn độ bền đá đàn dẻo, từ biến với biến dạng giảm dần cao Điều có nghĩa trường theo thời gian không gây nên phá huỷ hợp nên tạo ứng suất (3 để tăng đá, sức chịu tải đá Điều phù hợp ( Khi ((  (  < (s đá trạng thái biến với công nghệ đào hầm kiểu NATM dạng đàn dẻo, từ biến với biến dạng tăng theo thời gian cuối đá bị phá huỷ Địa kỹ thuật số 3-2005 290 32 60 5000 nghiên cứu phát triển 165 4000 Tài liệu tham khảo Nghiêm Hữu Hạnh Cơ học đá Nhà xuất Giáo Dục Hà Nội, 2001 Nguyễn Sỹ Ngọc Cơ học đá Trường 3000 Đại học giao thông đường sắt đường Hà 685 500 - , bar 845 Nội, 2005 Doãn Kim Thuyên, nnk., Nghiên cứu trạng thái học khối đá tập trung ứng suất biến dạng xung quanh 2000 235 1000 cơng trình ngầm cho xây dựng thuỷ điện Báo cáo tổng kết đề tài Cong ty tư vấn xây dựng điện Hà Nội, 2000 Franklin J.A., Dusseeault M.B., Rock Engineering McGraw-Hill Publ Comp Singapore, 1989 Jeager J.C., Cook N.G.W., Fundamentals of Rock mechanics A Halsted book New York, 1976 Hình Đường cong ứng suất – biến dạng đá trường hợp nén ba trục đối xứng trục đá Carrara [5] Manual on Rock Mechanics Central Board of irrigation and power New Delhi, 1988 Baklashov IC Kartozia B.A Các trình học khối đá M Nedra, 1986 iv Nhận xét kết luận Đường cong ứng suất-biến dạng đá phản ánh ứng xử tác dụng (tiếng Nga) Bulưshev N.X Cơ học cơng trình ngầm M, Nedra,1989 (Tiếng Nga) tải trọng Giới hạn đàn hồi, độ bền lâu dài, độ Ilnisaja E.I., nnk Tính chất đá bền độ bền tới hạn điểm đặc trưng phương pháp xác định chúng M, Nedra, có ý nghĩa quan trọng thiết kế đánh giá 1969 (tiếng Nga) ổn định cơng trình, cần xác định trình khảo sát Sử dụng hợp lý, sáng tạo đường cong ứng suất biến dạng giúp xác định điều kiện giới hạn thích hợp, phát huy tối đa độ bền, tạo dựng điều khiển ứng xử đá cho công trình ổn định trình khai thác, vận hành nghệ thuật biểu cho xu hướng tiến bộ, nên Địa kỹ thuật số 3-2005 10 Kartashev Iu.M., nnk Độ bền biến dạng đá M Nedra, 1979 11 Kuzneshov G.N Tính chất học đá M Ugletechzidat, 1948 ĐỘNG ĐấT VÁ SÓNG THẦN NGÀY 26 THáNG 12 NĂM 2004 Tại ẤN ĐỘ DƢƠNG VÀ KINH NGHIỆM RÚT RA ĐỐI VỚI VIỆT NAM Phan Trọng Trịnh* LTS Động đất sóng thần Sumatra thảm họa lịch sử nhân loại Nguy loại thiên tai Việt Nam vấn đề nghiên cứu Bài viết TSKH Phan Trọng Trịnh PGS.TSKH Phan Văn Quynh đọc phản biện Giữa nhà khoa học có ý kiến chưa thống Tuy nhiên, để rộng đường trao đổi Tạp chí Địa kỹ thuật xin giới thiệu Bạn đọc viết Earthquake and tsunami on 26 December 2004 in Indian Ocean and experiences for Vietnam Abstract: The great earthquake on 26 December 2004 is result of stress release caused by the subduction of Indian plate under Burma plate With maximum displacement of 13.9 m along thrust fault zone and sallow hypocenter of 30 km, the earthquake provoked the tsunami with 15 m high at Sumatra and 10 m at Sri Lanka On 28 March 2005, a massive earthquake with magnitude 8.7 struck off at 150 km southeast of the last earthquake, which generated the devastating tsunami However, this earthquake did not generate the widely destructive tsunami This is a result of transferred stress to another part triggered by last great earthquake on 26 December 2004 Although with low probability, Vietnam is faced to tsunami hazard due to the active subduction zone of Manila trench, west Philippine It is necessary and urgent to study recent and active tectonics with the application of high technology like GPS measurement, Coulomb stress modeling before the installation of tsunami warning stations Giới thiệu Trận động đất Sumatra ngày 26 tháng 12 năm 2004 vào hồi 00:58:53 tính theo quốc tế có toạ độ chấn tâm 3.307 N 95.947 E, độ sâu chấn tiêu 30 km Theo tài liệu Cục Địa chất Mỹ, magnitude động đất 9.0 độ richter Chấn tâm cách thành phố Banda Aceh, Sumatra, lndonesia 250 km phía nam đơng nam Đây trận động đất lớn giới tính từ năm 1900 trận động đất lớn từ 40 năm trở lại đây, kể từ sau trận động đất xảy năm 1964 Alaska Sóng thần sinh từ động đất gây thảm hoạ chưa có lịch sử Ngày 28 tháng 3, 16.09 lại tiếp tục xảy trận động đất magnitude 8.7 cách trận động đất trước 150 km phía đơng nam, trùng với đới chìm Sunda Độ sâu chấn tiêu 30-32 km Mặc dù chế, trận động đất khơng gây sóng thần Bài viết có mục đích cung cấp cho đọc giả thơng tin nguyên nhân trận động đất sóng thần xảy ngày 26 tháng 12 năm 2004 trận động đất ngày 28 tháng năm 2005 từ rút số học Việt Nam Động Đất ranh giới xiết ép hai mảng kiến tạo * Viện Địa chất, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tel: 0904350034 E-mail: pttrinh@ncst.ac.vn , trinhphantrong@yahoo.com Địa kỹ thuật số 3-2005 Hình 1: Vị trí trận động đất gây sóng thần ngày 26 tháng 12 năm 2004 trận động đất kích thích ngày 28 tháng năm 2005 Mũi tên thể hướng tốc độ chuyển dịch mảng ấn Độ so với mảng Burma (theo cục địachats Hoa Kỳ, có sửa đổi) Trận động đất ngày 26 tháng 12 năm 2004 xảy đới động đất biết đến Đây dải động đất kéo dài nghìn km từ phía nam đảo Sumatra, lndonesia tới Myanma, ấn Độ Đây ranh giới mảng ấn Độ mảng Burma, mảng ấn Độ cắm mảng Burma Các đảo Sumatra lndonesia hệ thống vòng cung đảo, bị mảng ấn Độ cắm xuống Hệ thống núi lửa phân bố có qui luật thành dải phía Đơng Bắc chấn tâm động đất Theo mặt cắt thẳng đứng, địa hình đáy biển thay đổi đột ngột, từ độ cao 1700 mét ứng với đỉnh núi đảo Sumatra, chuyển nhanh chóng sang độ sâu gần 4800 mét sau kéo dài khơng đổi Phân bố chấn tiêu động đất dư chấn theo mặt cắt phản ánh hưởng cắm mảng ấn Độ chúi xuống mảng Châu Trận động đất kết giải phóng ứng suất mảng ấn Độ cắm chìm xuống mảng Burma dọc theo máng nước sâu Sunda Khung cảnh kiến tạo chung khu vực phức tạp với tác động tương hỗ mảng ấn Độ, mảng Burma với mảng úc, mảng Sunda mảng Châu Mảng ấn Độ mảng úc chuyển Địa kỹ thuật số 3-2005 dịch phía Đơng Bắc với tốc độ cm/năm Hướng chuyển dịch lệch chéo so với phương máng sâu Sunda Một phần chuyển dịch điều chỉnh bới đứt gãy trượt riftơ mảng Sunda mảng Burma Vị trí loạt dư chấn sau động đất cho thấy gần 1000 km ranh giới hai mảng chuyển dịch xảy trận động đất ngày 26 tháng 12 năm 2004 Các hoạt động dư chấn phân bố phần ranh giới mảng kéo dài tới quần đảo Andaman Hình 2: Mặt cắt địa hình chấn tiêu động đất theo phương ĐB-TN Hình 3: Cơ cấu chấn tiêu động đất kết tính chuyển dịch dọc đứt gãy nghịch đảo tensơ moment động đất ( theo Yamanaka, Viện Nghiên cứu Động đất Tokyo, 2004) Hình 4: Từ phân ích ảnh RADAR, xác định độ cao vùng lan truyền sóng thần Thời điểm chụp vào lúc giời 05 phút sau động đất xảy ra, sóng vượt qua Sri Lanka (theo quan khí tượng thuỷ văn Mỹ) Hình 5: ảnh quickbirth phân giải 60 cm thể nước biển rút trước sóng thần ập tới Siri Lanka Theo kết viện nghiên cứu động đất thuộc trường đại học tổng hợp Tokyo, cấu chấn tiêu động đất có mặt có hướng cắm 30o, góc cắm o góc chuyển dịch so với phương nằm ngang 90 o Moment động đất 1,8x10**22 Nm Biên độ chuyển dịch lớn theo mặt đứt gãy đạt tới 13,9 m Các phân tích chi tiết chế nguồn giải toán ngược moment động đất cho thấy chuyển dịch theo mặt đứt gãy phức tạp với miền riêng biệt có biên độ chuyển dịch khác (hình 3) Những trận động đất lớn giới thướng xảy ranh giới hội tụ hai mảng , nơi có xiết ép mạnh mẽ Dọc đới chìm (subduction) bờ Đơng bờ Tây Thái Bình Dương xảy nhiều trận động đất lớn Chẳng hạn động đất năm 1960 với magnitude 9,4 9,5 Chi Lê Động đất xảy năm 1964 Alaska có magnitude 9,1 - 9,2 Một trận động đất khác xảy Alaska xảy năm 1957 có magnitude 9,0 - 9,1 Trong 10 trận động đất lớn thời gian gần đây, trận động đất trước gắn liền với hoạt động xiết ép đới chìm rìa biển Thái Bình Dương Trận động đất Sumatra khơng ngồi ngoại lệ liên quan đới hoạt động xiết ép đới hút chìm Sunda mảng ấn Độ mảng Burma Sóng thần khơng biết đến biển bờ biển Tây ấn Độ Dương tần xuất xảy thấp Trận sóng thần xảy năm 1883 hoạt động núi lửa Krakatoa gây sóng m Sri Lanka khơng gây thiệt hại đáng kể Tuy nhiên người dân lndonesia gặp số sóng thần khứ Chẳng hạn trận sóng thần liên quan tới động đất xảy vào năm 1833, 1843 1861 , dịch phía đơng nam so với trận động đất xảy năm 2004 (hình 5) Sóng thần gây động đất Sumatra Địa kỹ thuật số 3-2005 Với biên độ chuyển dịch cực đại dọc theo mặt đứt gãy tới 13,9 m, độ sâu chấn tiêu nông 30 km nên trận động đất ngày 26 tháng 12 gây sóng thần với biên độ cao nơi nước sâu, sóng truyền với tốc độ cao xấp xỉ 800 km/giờ Chỉ sau chưa đầy giờ, sóng thần tới Sri Lanka vùng biển nơng, tốc độ truyền sóng nhỏ nhiều Đo đạc trạm Sumatra cho thấy sóng cao tới 15 mét Sri Lanka độ cao sóng đạt tới 10 mét quần đảo Andaman sóng cao mét, bờ đông ấn Độ cao tới mét, Phú Kẹt Thái Lan, sóng cao tới mét Độ cao sóng quan sát diện rộng nhờ ảnh RADAR Trên hình thể độ cao phân bố mặt sóng chụp thời điểm 02 phút sau trận động đất xảy Đây quan sát cụ thể xác mà khơng có mơ hình có Các quan sát từ viễn thám, đo đạc trạm khảo sát thực địa chi tiết cho thấy độ cao sóng nhiều nơi cao nhiều so với mơ hình Điều chứng tỏ mơ hình chưa hồn thiện cần phải hiệu chỉnh Những quan sát ảnh vệ tinh phân giải cao IKONOS, SPOT, QUICKBIRD cho thấy hình ảnh cụ thể sóng, cảnh rút nước xa bờ trước sóng thần ập đến đối sánh trước sau xảy sóng thần từ vẽ lại đồ địa đánh giá thiệt hại, định hướng cho việc tìm kiếm, khắc phục hậu (Hình 5) Động đất kích thích ngày 28 tháng năm 2005 Ngày 28 tháng 3, 16,09 GMT lại tiếp tục xảy trận động đất magnitude 8,7 cách trận động đất trước 150 km phía động nam, trùng với đới chìm Sunda (hình 1) Cơ cấu chấn tiêu động đất xấp xỉ trận động đất trước với góc cắm gần 10 độ nghiêng Đơng Bắc Trận động đất hồn toàn liên quan tới chuyển dịch mảng ấn Độ cắm xuống mảng Sunda Tuy nhiên trận động đất khơng gây sóng thần Lý giải điều khơng dễ dàng Có nhiều ngun nhân trận động đất nhỏ trận động đất trước, độ sâu chấn tiêu sâu trận động đất trước chút, đới đứt gãy phá huỷ lan truyền theo hướng khác nhau, tốc độ lan truyền phá huỷ khác Chúng ta hy vọng vấn đề sáng tỏ nhà khoa học có đầy đủ số liệu Một vấn đề lý thú rút từ trận động đất kiểm chứng mô hình biến đổi ứng suất Coulomb Trận động đất xem động đất kích thích trận động đất gây sóng thần ngày 26 tháng 12 năm 2004 Khi trận động lớn xảy đoạn đới chìm ranh giới mảng ấn Độ Burma, ứng suất tăng cường vùng khác mà chưa xảy phá huỷ thời điểm Điều làm tăng khả phát sinh trận động đất thời điểm sau Vấn đề nhiều nhà khoa học kiểm chứng lan truyền đứt gãy San Andres Thổ Nhĩ Kỳ McCloskey cộng trường đại học Ulster dựa mơ hình, xác định vùng có ứng suất tăng lên 0,1 bar từ dự báo có trận động đất lớn xảy có khả sóng thần xẩy tương lai gần dọc theo đới chìm Sunda Dự báo đăng tạp chí Nature, vài ngày sau cơng bố báo trên, trận động đất xảy [7] Một câu hỏi đặt liệu với trận động đất gây sóng thần trận động đất kích thích xảy tháng năm 2005, liệu cịn có trận động đất lớn xảy tương lai hay không xảy đâu, độ lớn nào? Những kết nghiên cứu cổ động đất đứt gãy hoạt động cho thấy dịch Đông Nam trận động đất có dấu hiệu đoạn đứt gãy Mentawai hoạt động xuất động đất tương lai [10] Địa kỹ thuật số 3-2005 Hình 6: Kết mơ hình biến đổi ứng suất Coulomb dự báo trận động đất kích thích thực tế xảy ngày 26 tháng năm 2005 (Theo McCloskey, 2005) Bài học từ Động đất sóng thần Việt nam Bài học rút từ trận động đất sóng thần ấn Độ Dương động đất gây sóng thần liên quan tới đới chìm với chế chuyển dịch xiết ép biên độ qui mô chuyển dịch lớn, chấn tiêu động đất nông magnitude đủ lớn Trận động đất xảy sau tháng cho thấy điều kiện thoả mãn khơng có sóng thần Các chuyển trượt dọc theo đứt gãy không gây sóng thần Hai trận động đất lớn xảy liên tiếp hai thời điểm gần không gian gần cho thấy ứng suất đạt tới điều kiện tới hạn đới chuyển dịch nhanh Chỉ cần tăng lên ứng suất nhỏ 0.5 bar đủ làm phát sinh trận động đất Việt nam xem bình ổn, cách xa vùng có động đất lớn Một số nhà khoa học cho Việt nam nguy sóng thần Tuy nhiên từ số liệu mà có, chúng tơi nhận thấy xác xuất xuất sóng thần thấp Việt nam tiềm ẩn nguy sóng thần lý sau đây: Hình 7: Cấu trúc kiến tạo Đông nam Mũi tên đen hướng chuyển dịch Miocen (Hiệu chỉnh Địa kỹ thuật số 3-2005 theo Leloup nnk., 1995) Ranh giới mảng Philipin mảng châu vẽ thay đổi theo tác giả khác Chẳng hạn theo Tapponier nnk [5]; ranh giới chạy từ Đài Loan theo trũng Malila phía Tây Philippin (hình 7) Một số tác giả khác lại vẽ ranh giới mảng chạy bờ Đông Philippin cắm phía Tây Trên sơ đồ phân bố động đất, nhiều trận động đất lớn xảy dọc theo hai đới giả định Với số liệu đo GPS nay[1,3,4,6,8,9], có sở để chấp nhận tồn đới chìm lớn lớn chạy theo trũng Manila, bờ Tây Philipin Đới chìm cắm phía Đơng Ngồi tồn đới chìm rìa Đơng Philipin, cắm phía Tây Hình 8: Sơ đồ phân bố chấn tâm động đất núi lửa khu vực châu Các chấn tâm phân bố dày đặc dọc đới chìm Philipin (theo trung tâm động đất quốc tế) Hình 9: Sơ đồ phân bố tốc độ chuyển dịch mảng theo số đo GPS (theo Chen, Kato, Michel, King, Lwakuni) Địa kỹ thuật số 3-2005 Hình 10: Mơ hình biến đổi ứng suất Coulomb tuyến đập thuỷ điện Sơn La (Theo Phan Trọng Trịnh, 2004) Các số liệu đo GPS đo chuyển dịch tuyệt đối Đà nẵng, Việt Nam Thái Lan cho thấy chuyển dịch Đơng Dương phía Đơng với tốc độ cm năm ± 0.2cm Chuyển dịch tuyệt đối Philipin phía Tây khơng cm/năm Như tốc độ chuyển dịch tương đối hai mảng không 10cm/năm Tốc độ lớn so với tốc độ 5-6 cm/năm mảng ấn Độ chìm mảng Burma Theo thống kê, phần lớn trận động đất lớn sóng thần xảy dọc gianh giới mảng Thái Bình Dương vây tiềm phát sinh sóng thần vành đai Thái Bình Dương cao Khoảng cách từ Việt nam tới máng nước sâu Malila xấp xỉ khoảng cách từ máng nước sâu Sunda tới Sri Lanka Hướng cắm đới chìm hai nơi nghiêng phía Đơng - Đơng Bắc Như vậy, động đất xảy ranh giới mảng Philippin mảng Chấu vịng giờ, sóng thần lan truyền tới bờ biển Việt Nam Việt Nam giống Sri Lanka khơng có hệ thống cảnh báo sớm người dân khơng có tập huấn sơ tán trường hợp cần thiết Phương án xây dựng đê kè chống sóng thần khơng khả thi mà phải ý tới hệ thống cảnh báo sớm để giảm thiểu thiệt hại người Hệ thống giống Nhật, Mỹ, Đài Loan sử dụng gồm phận cảm biến đáy biển truyền lên mặt biển cáp sau chuyển trung tâm qua vệ tinh Đồng thời phải có hợp tác quốc tế, nhận trực tiếp thông tin cảnh báo từ Philipin thông qua vệ tinh Tuy nhiên, trước định đặt trạm cảnh báo đâu, vấn đề cấp thiết phải hiểu nguồn phát sinh động đất sóng thần Khi nghiên cứu động đất lịch sử hay động đất từ trạm quan sát hoàn toàn chưa đủ mà cần thiết nhìn sâu vào lịch sử nghiên cứu chuyển động kiến tạo trẻ kiến tạo đại, xác định với độ tin cao chuyển dịch mảng vi mảng Việc phân tích đặc điểm kiến tạo trẻ khơng hạn chế lãnh thổ Việt Nam mà cần thiết phải nhìn tồn biển Đơng, bao gồm mảng Philippin Thái Bình Dương Nếu đất liền lãnh thổ Việt Nam tiến hành số đề tài nghiên cứu tai biến động đất, nứt trượt đất tai biến địa chất biển chưa nghiên cứu mối quan hệ kiến tạo trẻ kiến tạo đại Các nhà dầu khí khơng quan tâm tới hoạt động kiến tạo trẻ, nhà địa chất thuộc cục địa chất Việt Nam quan tâm tới độ sâu 30 mét nước Trong đó, hoạt động kiến tạo trẻ định tới loạt tai biến động đất, hoạt động núi lửa, xói lở bờ biển Nghiên cứu xói lở bờ biển tập trung tới q trình ngoại sinh mà khơng xem xét mối tương tác nội sinh ngoại sinh Địa kỹ thuật số 3-2005 Trong thời gian gần có số tiến vượt bậc công nghệ cho phép nghiên cứu kiến tạo trẻ kiến tạo đại vùng biển với độ xác cao Ví dụ đo GPS cho phép liên kết số liệu cách xa hàng nghìn km với độ xác cao, cho phép xác định chuyển dịch tuyệt đối mảng Các cơng nghệ mơ hình hố biến đổi ứng suất từ liệu chuyển dịch, biến dạng kiến tạo, cơng nghệ phân tích trọng lực vệ tinh phân giải cao, địa chấn tomography Việc xác định chuyển dịch kiến tạo trẻ kiến tạo đại cho phép đánh giá định lượng dạng tai biến nội sinh động đất, sóng thần, sụt lở ven bờ từ đặt sở cho biện pháp hữu hiệu cảnh báo giảm nhẹ ảnh hưởng dạng tai biến Những công nghệ thực tế nhà khoa học Việt Nam làm chủ Chẳng hạn, Viện Địa chất thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt nam tiến hành đo GPS để xác định chuyển dịch tương đối dọc đới đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Điện Biên – Lai Châu với độ xác vài mm [2] Trong khn khổ hợp tác với Đại học Tokyo, Viện tiến hành đo liên tục GPS từ năm nay, cho phép liên kết với trạm Philipin, Vân Nam, Vũ Hán, Nhật, Đài loan, Thái Lan để xác định toạ độ chuyển dịch tuyệt đối điểm đo Viện tham gia đề án GEODESY, hợp tác với nhà khoa học Đức xác định vec tơ chuyển dịch Đà Nẵng [8] Viện Địa chất sử dụng mơ hình biến đổi ứng suất Coulomb việc đánh giá nguy hiểm động đất cho đập thuỷ điện Sơn La [10], Bản Uôn sơng Mã (Hình 10), đề xuất phương pháp phần mềm xác định tensơ ứng suất từ cấu chấn tiêu động đất [11] Kết luận Từ thảm hoạ động đất sóng thần ấn Độ Dương, nhà khoa học Việt nam rút số học cho việc phát triển nghiên cứu nhằm giảm nhẹ thiên tai động đất sóng thần, vấn đề nghiên cứu kiến tạo đại Biển Đông cần đảy mạnh trước bước, trước định đặt trạm cảnh báo tốn Bài viết hoàn thành với trợ giúp chưưong trình nghiên cứu Tài liệu tham khảo Chen, Z., B C Burchfiel, Y Liu et al (2000), Global Positioning System measurements from eastern Tibet and their implications for lndia/eurasia intercontinental deformation, J Geophys Res., 105(B7), 16,215 - 16,227 Dương Chi Công, J Feigle, 1999 Geodetic measurement of Horiontal Strain accros the Red River fault near Thac Ba, Vietnam, 1963-1994, Journal of Geodesy, 73,298-310, 1999 Kato, T., et al (1998), lnitial results from WLNG, the continuous GPS network in the western Pacific area, Geophys Res Lett., 25, 369- 372 King, R W., F Shen, B C Burchfiel et al (1997), Geodetic measurement of crustal motion in southwest China, Geology, 25(2), 179-182 Leloup H Ph., R Lacassin, P Tapponnier, U Scharer, Zhong Dalai, Liu Xaohan, Zhangshan, Ji Shaocheng and Phan Trong Trinh, 1995 The Ailao Shan - Red river shear zone ( Yunnan, China), Tertiary transform boundary of Indochina, Tectonopysics, V.251, P.3 -84 Makiko lwakuni and Teruyuki Kato, 2004 Crustal deformation in Thailand and tectonics of lndochina peninsula as seen from GPS observations Geophysical Reseach letters, Vol 31, L11612, McCloskey, J., S.S Nalbant, and S Steacy, Earthquake risk from co-seismic stress, Nature, 434, 291, 2005 Địa kỹ thuật số 3-2005 Michel, G W., D Angermann, P Wilson et al (1998), Transient versus secular motion: The possible impact of earthquakes and interseismic loading on the GEODYSSEA site motions, in The Geodynamics of S and SE Asia (GEODYSSEA) Project, eđited by P Wilson and G W Michel, Sci Tech Rep STR 98/14, pp 75 97, Geoforschungszentrum, Potsdam, Germany Michel, G W., et al (2001), Crustal motion and block behaviour in SE Asia from GPS measurements, Earth Planet Sci Lett., 187, 239- 24 10 Nalbant, S.S., Steacy, S., Sieh, K., Natawidjaja, D., and J McCloskey, 2005 Updated earthquake hazard in Sumatra, Nature, 435, 756-757 11 Phan Trong Trinh, 1993 An inverse problem for the determination of the stress tensor from polyphased fault sets and earthquake focal mechanisms, Tectonophysics, V.224, p.393-411 12 Phan Trong Trinh, Hoang Quang Vinh, 2004 Active tectonics, seismotectonics and Coulomb stress change modelling in Sonla Hydropower dam Proceeding of International symposium on shallow geology and geophysics, p 116-127 Mơ hình Địa kỹ thuật có xét đến tƣơng thích lực tƣơng tác phƣơng pháp cân giới hạn "thực" mảnh Phan Trƣờng Phiệt* Đại học Thuỷ lợi Nhóm NCS Trường Giang, Xuân An Viện Khoa học Thuỷ lợi Tel: 8537264 A geotechnical model stresssing the compatibily of the interslice forces and the "true" limit equilibrium method (TLE method)piêc Abstract: The geotechnical engineer frequently uses limit equilibrium of analysis when studying slopes stability problems Up to now, one dozen methods of slices have been developped They differ in the assumption used to render the problem determinate This paper presents a physic- model taking into account the compatibility of the active forces to the resistance forces of the two parts of the sliding mass, on the upper side and lower side of any cross- section The numeral method and mathematical solution presented herein, may be easily adapted for a computer The theoritical and pratical significance is that the indeterminate of the stability problem have been eliminated and any assumption is not necessary Địa kỹ thuật số 3-2005 Mở đầu Đến phương pháp phân mảnh (thỏi) công nhận phương pháp số để tính tốn phân tích trượt đất Bài tốn phân tích trượt đất theo lý thuyết phân mảnh siêu tĩnh, thiếu hai phương trình Do để giải tốn, nhà khoa học phải vận dụng thủ thuật: 1) Bỏ lực tương tác mảnh tách riêng mảnh ; 2) Giả thiết đường tương tác-quỹ tích điểm đặt lực tương tác; 3) Giả thiết góc nghiêng lực tương tác Thọat đầu, cơng cụ tính tốn thước tính, việc bỏ lực tương tác thủ thuật cần thiết đặng có lời giải dùng cho thiết kế Thuộc loại có phương pháp: Fellenius, Terzaghi, Tsugaev, Krey, Bishop Khi cơng cụ tính tốn máy tính điện tử, việc xét đầy đủ lực tương tác mảnh yêu cầ u phát triển lý thuyết Cơ học đất nhiều phương pháp tính đề xuất Trong số phương pháp này, phương pháp Janbu dùng thủ thuật giả thiết đường đặt lực tương tác, phương pháp khác, pp Spencer, Mogenstern-Price, GLE Canada giả thiết góc nghiêng lực tương tác Điểm chung phương pháp dùng Địa kỹ thuật không xét tương thich lực đẩy trượt lực chống trượt hai phần khối đất trượt lát cắt đứng phân chia hoàn cảnh hai phần trạng thái cân mặt trượt Hai phần đất hai bên lát cắt ứng xử môt hệ thống đẩy - chống tương tự hệ thống “tường chắn- đất đắp sau tường” trạng thái cân giới hạn mà A,A Gvozdev, với định lý Gvozdev, nêu : Dạng phá hoại thực hệ thống ứng với trị số nhỏ tải trọng phụ phá hoại Theo nguyên lý cực trị Coulomb, trường hợp đất đẩy tường, lực đẩy lớn ứng với đất trạng thái cân chủ động; trường hợp tường đẩy đất, lưcđẩy phải trị số nhỏ ứng với đất trạng thái cân giới hạn bị động Có thể coi nguyên lý cực trị Coulomb (1776) lý thuyết áp lực đất dạng sơ khai định lý Gvozdev (1949) Trong cơng trình chúng tơi trình bày mơ hình vật lý có xét đến cách ứng xử Đẩy Chống hai phần khối đất trượt hai bên lát cắt với mục đích đề xuất phương pháp lát cắt đứng để phân tích tính tốn trượt đất Khái niệm lực đẩy lực chống đất hai bên lát cắt Thuật tốn truyền thống tính mảnh, từ Địa kỹ thuật số 3-2005 mảnh biên trên, ký hiệu số đến mảnh biên dưới, ký hiệu mảnh n Lát cắt thứ tách mảnh số khỏi khối đất trượt Mảnh số gây lực đẩy R1 lên phần lại khối đất trượt Trong hệ thống này, mảnh gây lực đẩy trạng thái cân giới hạn phần đất lại, trạng thái cân giới hạn, chống lại đẩy với mức huy động cường độ chống cắt lớn Cần lưu ý rằng, phần đất chống lại đẩy trạng thái cân bền (cân đàn hồi) cân động học tốn phải khơng cịn trạng thái cân giới hạn theo nghĩa Các phương pháp phân mảnh bỏ qua khác biệt Lát căt thứ tách mảnh số 2; mảnh số với mảnh số đẩy phần đất lại khối đất trượt trạng thái cân giới hạn Cứ cắt lát hết khối đất trượt để có n mảnh việc lại diễn kịch Gọi Ra lực biết biên đỉnh khối đất trượt (R số gia lực đẩy tăng thêm lát cắt, lực đẩy R1 mảnh số lên phần lại khối đất trượt xác định theo biểu thức :    R1  R a   R1 (1) R1 xác định, lực đẩy R2 mảnh số lên phần lại khối đất trượt là:    R  R1   R Suy rộng cho mảnh số i    Ri  Ri 1   Ri ứng với lát cắt có vô số trị số lực đẩy R thoả mãn điều kiện cân giới hạn Điều phản ánh tính siêu tĩnh tốn theo quan điểm mơ hình vật lý dùng Chính để gỡ vô định lực đẩy R mà phương pháp phải dùng thủ thuật nêu Lực chống phần lại khối đất trượt: Lực chống Rc hình thành tối đa cường độ chống cắt đất phần mặt trượt lại huy động hết mức ứng với lát cắt mặt trượt, có lực chống giới hạn xác định Hiện chưa tính tốn trị số mơ hình vật lý, lực chống giới hạn tồn tải trọng (đối với phần khối đất trượt bên phải lát cắt) tác dụng vượt giới hạn này, khối đất bị phá hoại dạng động học Sự tƣơng thích giữã lực đẩy lực chống hai bên lát cắt Trạng thái cân hai phần khối đất trượt hai bên lát cắt trạng thái cân giới hạn mặt trượt xác định Sự tương quan lực đẩy trượt Ri lực chống trượt Rci (cùng phương tác dụng) trường hợp tổng quát sau : Ri ( Rci (7) Ri ( Rci (8) Mặc dù chưa xác định trị số phương Ri Rci mặt vật lý loại bỏ trường hợp Ri ( Rci theo tốn, mảnh thuộc phần phải lát cắt trạng thái cân giới hạn cần xét tương quan Ri ( Rci Theo thuật tốn thường dùng, tính tốn cho mảnh đứng trước lát cắt không xét đến tồn vật lý mảnh đứng sau Do có vơ số lực đẩy R mảnh đứng trước buộc phần lại khối đất trượt hứng chịu Ví dụ ứng với lát cắt số 1, có tập hợp Địa kỹ thuật số 3-2005 lực đẩt R1j ( j = 1, 2, 3, .n), với lát cắt số có tâp hợp lực đẩy R2j với lát cắt thứ i có tập hợp lực đẩy Rịj Vậy ứng với lát cắt, lực đẩy R đúng? Về triết học khoa học, có lực đẩy Ri ứng với lát cắt thư i vừa thoả mãn điều kiện cân giới hạn mảnh trước lát cắt mảnh sau lát cắt Tham khảo nguyên lý cực trị Coulomb lý thuyết áp lực đất theo ý nghĩa vật lý định lý Gvozdev, lực đẩy phải lực đẩy cực tiểu tập hợp lực đẩy Rịj Tóm lại, tương thích Đẩy-Chống hai phần khối đất trượt lát cắt biểu thị điều kiện toán học sau: Ri = min(Ri1 , Ri2 ,Ri3 ) = Rij (9) Nếu biểu thị lực Ri theo số gia (Ri , có Rij  Ri 1, j  Rij (10) Ri-1 trị số khơng đổi ứng với lát cắt i Do đó, điều kiện tương thích viết lại sau: Ri  min( Ri1, Ri , Ri )  Rij (11) Vấn đề lý thuyết cịn lại là: Liệu lập hàm Rij, hàm (Rij không, lập được, hàm Rij, hàm (Rij có cực trị khơng cực trị max hay Thuật toán giải theo mơ hình vật lý có xét đến điều kiện tƣơng thích Rất khó giải tốn theo phương pháp truyền thống xét đến điều kiện tương thích cho lát cắt Sau trình bày cách giải theo tam giác đặc trưng Trước hết vẽ đa giác lực cân cho mảnh thứ i theo thứ tự vectơ W, (R, T, N (hình 1) ý đến điểm đỉnh đa giac lực IKLMH, đỉnh I, K, M nằm trục đứng chứa vectơ W; điểm M nằm đường Coulomb có phương trình T = Ntg( + cl vẽ hệ trục vng góc TIN Trục đứng IZ cắt đường Coulomb điểm S Từ tam giác đặc trưng SKM0 xác định điều kiện tương thích (11) Ri  min( Ri1, Ri , Ri )  Rij  E0 cos  17) E0 xác định theo công thức (14) (= (-( (18) Từ tam giác đặc trưng biểu thức (17) lập điều kiện tương thích ứng với mảnh Theo thuật tốn, tam giác vng SKM0 lấy làm tam giác đặc trưng mảnh xét Tam giác đặc trưng có hai đặc điểm, mặt phẳng toạ độ, đỉnh K cạnh huyền SMo tam giác (một đoạn đường Coulomb) không đổi ứng với mảnh, hai tập hợp vectơ số gia lực đẩy (Rij có gốc đỉnh K nằm cạnh huyền SM Xét vectơ (R có gốc K, có M Từ hai tam giác SMoK MM0M1 dễ dàng chứng minh quan hệ elliptic hai thành phần (Eij (Xij lực (Rij Ei j E0  X i j W0 1 (12) E0 W0 hai cạnh tam giác đặc trưng cl sin  W0  W  tg sin(   ) E0  W0tg (   ) (13) X  tg (   ) E (19) Vậy toán phân tích ổn định trượt đất theo lời giải tĩnh định phương pháp cân giới hạn có hệ phương trình gồm hai phương trình để xác định hai đại lượng (E (X Phương trình cân giới hạn Ei X  1 E0 W0 (20) Phương trình tương thích X  tg (   ) E (21) Cuối có cơng thức tính (X (E (22) E  E0 cos (   ) X  E.tg (   ) (23) Các công thức suy diễn từ ( > 0, cho trường hợp ( < tính tốn cần ý đến tác dụng số âm (14) Phương trình (12), đóng vai trò điều kiện cân giới hạn mảnh, cho phép giải tốn theo phương pháp cân giớí hạn lối giải tĩnh định Gọi ( góc ( 90 độ, kẹp vectơ KM cạnh huyền SM0, từ tam giác KMM0 lập biểu thức tính trị số (R : R  E0 sin(90   ) cos   E0  R( ) (15) sin  sin  Để xác định cực trị (R, lấy đạo hàm theo biến ( dR d cos  (16)  E0 cos  ( )  E0 cos  d d sin  sin  (R đạt cực trị cos( = 0, tức ( = 900 Điều phù hợp với trường hợp vectơ KM vng góc vớí cạnh huyền tam giác đặc trưng SKM0 KM trị số cực tiểu Địa kỹ thuật số 3-2005 Hình Đặc biệt ( = (, có X  E   (24) cl sin  tg (25) Trong trường hợp (hình 3) đường Coulomb trục W song song với điểm S tận vô Cũng trường hợp khác, có (R = KM nằm ngang nên (X = 0, (E = (R = khoảng cách hai đường sơng song Hình Tài liệu tham khảo D.G.Fredlund The Analysis of Slopes Hanoi, Vietnam, 1997 A.A Gvozdev Tính tốn sức chịu tải cơng trình theo phương pháp cân giới hạn (tiếng Nga) NXB Xây dựng Matxcơva 1949 L.M Kachanov Cơ sở Lý thuyết dẻo (tiếng Nga) NXB Khoa học, Matxcơva 1969 Đ.X Bảng, N.T.Cường, P.T Phiệt Tính tốn áp lực đất đá lên cơng trình NXB Khoa học Kỹ thuật Hà nội 1973 Phan trường Phiệt áp lực đất Tường chắn đất NXB Xây dựng Hà nội 2001 Phan Truong Phiet Landslide analyis by method of slides A.A.Balkema Rotterdam The Netherlands 1996 Phan Trường Giang Tính hệ số an tồn ổn định cơng trình thuỷ khơng đồng chất theo phương pháp phân tích hệ thống Báo cáo khoa học Hội nghị CHTQ lần Hanoi 2002 Địa kỹ thuật số 3-2005 ... hoạt động Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình (2006 – 2009) 6.1 Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình Việt Nam (VSSMGE) tiếp tục trì thành viên thức Hội học đất Địa kỹ thuật cơng trình quốc tế... lượng cơng trình sản phẩm cịn thấp Các giá trị khơng đề cao Cơ hội Chuyên ngành Cơ học đất Địa kỹ thuật móng cho cơng trình, đồng thời tảng cho phát triển Cơ học đất Địa kỹ thuật làm việc với đất. .. thức trình độ, kỹ hội học tập, nghiên cứu 6.10 Hội xây dựng chương trình đào tạo nâng cao trình độ cho kỹ sư Địa kỹ thuật Tham gia xây dựng chương trình đào tạo Cao học Tiến sĩ Địa kỹ thuật Bài học