Bài viết tập trung trình bày một số nghiên cứu ban đầu về mối liên quan giữa trượt đất đá và trồng, khai thác cây keo lai trên đất dốc dọc theo các tuyến giao thông chính ở khu vực miền núi tỉnh Quảng Nam.
ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT LỞ TẠI CÁC KHU VỰC TRỒNG CÂY KEO LAI DỌC THEO CÁC TUYẾN GIAO THƠNG CHÍNH Ở KHU VỰC MIỀN NÖI TỈNH QUẢNG NAM ĐINH THỊ QUỲNH*, ĐỖ MINH ĐỨC**, ĐỖ MINH NGỌC*, ĐẶNG THỊ THÙY*, HOÀNG HẢI YẾN*** Characteristics of landslides at the planting Acacia hybrid areas along the transport arteries in Quang Nam province, Vietnam Abstract: Landslides have caused serious damages to the infrastructure in Quang Nam province in recent years The roads have very complicated terrain and geology and have been seriously damaged from landslide, especially in the rainy season This paper presents the initial findings on the relationships of Acacia hybrid plantation, exploitation and landslides on slopes along national and provincial highways in Quang Nam's mountainous districts The study used a set of methods, including site investigation, geotechnical soil testing, soil shrinkage, GIS and statistics The results show the effects of Acacia hybrid plantation and exploitation on large landslide formation The slope surface is frequently exposed or covered with/without Acacia hybrid layer that lead to soil tension cracks Drying and wetting of soils due to temperature and rain lead to soil shrinkage and expansion and forming soil cracks at the slope surface Rainfall infiltrates deeper to the slope due to soil cracks In on hand, it reduces shear strength of soils in the slope; in the other hand, the groundwater level increases causing a rise in pore water pressure Both these processes lead to the slope instability and forms large landslides Therefore, the procedure of Acacia hybrid plantation, exploitation should be considered to ensure the time of exposure to the natural conditions, especially in the areas of thick weathering soil layers MỞ ĐẦU * Những thập kỷ gần đây, điều kiện thời tiết có nhiều diễn biến phức tạp, bão áp thấp nhiệt đới thƣờng xuyên di chuyển vào nƣớc ta, * ** *** Viện Địa công nghệ Môi trường Ngõ 82 Trần Cung, Phường Nghĩa Tân, Quận Cầu Giấy, Thành phố Hà Nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Số 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Viện Địa chất, Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Ngõ 84, Phố Chùa Láng, Phường Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội đặc biệt tỉnh miền Trung nói chung Quảng Nam nói riêng, gây nhiều hậu nghiêm trọng Trong năm 2017, mƣa lớn ngày đến tháng 11 gây thiệt hại nghiêm trọng ngƣời sở vật chất, đặc biệt các đƣờng giao thông tỉnh Quảng Nam Kết khảo sát dọc tuyến đƣờng quốc lộ tỉnh lộ tỉnh Quảng Nam, thu thập đƣợc trạng trƣợt lở toàn khu vực khảo sát 299 khối trƣợt, có 28 khối trƣợt tích từ 10.000 m3 đến 400.000 m3 Điều đặc biệt khối trƣợt ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 lớn phần lớn phát sinh khu vực trồng keo lai (Hình 1) Nghiên cứu hƣớng dẫn phƣơng thức trồng mái dốc từ lâu đƣợc quan tâm, đặc biệt Hồng Kong Theo đó, định hƣớng canh tác loại sƣờn dốc có độ dốc khác nhằm đảm bảo cảnh quan đô thị ổn định mái dốc (Hình 2) Các loại nghiên cứu chƣa nêu rõ giống loài nhƣng lại tập trung vào kiểu nhƣ cỏ, bụi rậm, leo, nhỏ,… Độ sâu dịch chuyển trƣợt lở sâu nơng đƣợc gây thay đổi ổn định độ dốc đến từ việc cắt xén mái dốc, thay đổi độ bão hòa đất lớp phủ thực vật Các hoạt động làh, thu hoạch tỷ lệ gốc bị sâu gây hƣ hỏng để lại sau khai thác rừng trồng [7] Kết nghiên cứu cho thấy khu vực mái dốc có thời gian định không đƣợc che phủ thảm thực vật dẫn đến hình thành khe nứt tách (tension crack) phía mái dốc Với lớp đất phong hóa dày hàm lƣợng sét đáng kể nhiều khu vực tỉnh Quảng Nam, khe nứt phát triển đến chiều sâu lớn, tạo điều kiện cho hình thành khối trƣợt quy mơ lớn đến cực lớn Do vậy, khối trƣợt lớn thƣờng xuất mái dốc có hoạt động xây dựng phía (xây dựng cột trụ đƣờng dây điện, cột viễn thông, làm đƣờng,…) nơi trồng khai thác keo Keo lai thuộc loại gỗ nhỡ, cao tới 25 – 30 m, đƣờng kính tới 30 – 40 cm Thân thẳng, cành nhánh nhỏ, tỉa cành khá, tán dày rậm Các tỉnh ven biển miền Trung chủ yếu trồng loài keo lai lấy gỗ nguyên liệu giấy, dăm gỗ xẻ; trồng hỗn lồi theo dải hẹp phù trợ địa gỗ lớn để phòng hộ Mật độ trồng 1.100 cây/ha, cự ly 3x3m; 1660 cây/ha, cự ly 3x2 m [1] Keo lai mọc nhanh, cành phát triển mạnh, xanh quanh năm, sau trồng - năm rừng khép tán Keo lai trồng thâm canh đƣợc khai thác đạt tuổi cao trung bình 8,6 - 9,8 m, đƣờng kính 9,8 - 11,4 cm sản lƣợng gỗ 50 – 77 m3/ha Trong điều kiện thực tế tuyến quốc lộ tỉnh Quảng Nam, chế hình thành khối trƣợt lớn đƣợc xác định nhƣ sau: Do hoạt động nhân sinh mái dốc, đặc biệt trồng khai thác keo dẫn đến khoảng thời gian định mái dốc không đƣợc che phủ Sự thay đổi này, cụ thể độ phơi nắng, độ bốc tăng, thúc đẩy hình thành khe nứt tách phía mái dốc, tạo điều kiện cho hình thành khối trƣợt có quy mơ lớn Để lý giải tƣợng hình thành khe nứt tách mái dốc điển hình tiến hành nghiên cứu biến dạng gây nên dao động nhiệt ẩm Đã thực thí nghiệm mơ điều kiện thực tế (Hình 5) Mẫu đƣợc lấy vào dao vịng có đƣờng kính 71,26 mm tiến hành quan sát mức độ nứt bề mặt nhƣ tăng giảm thể tích q trình thực vịng 20 ngày Mẫu thí nghiệm mẫu ngun trạng Điểm trƣợt thuộc đƣờng 24C lý trình km 85+500 m Đất khu vực sản phẩm phong hóa từ đá gốc phức hệ Chu Lai (γPR3cl) Độ sâu lấy mẫu 0,2 - 0,6 m Thành phần hạt đất gồm: 2,6% hàm lƣợng sạn, 44,7% hàm lƣợng cát, 52,7% hàm lƣợng bụi sét Độ ẩm tự nhiên 44,7%, giới hạn chảy 55,0%, giới hạn dẻo 27,0% số dẻo 28,1%, thuộc loại sét vô dẻo Góc ma sát 25,8 o; lực dính kết 20,8 kPa; hệ số thấm 1,56x10-4 cm/s Kết cho thấy, tƣợng co ngót mạnh xuất ngày sau khối lƣợng gần nhƣ khơng đổi Sau bão hịa mẫu đất lại phơi khô, lƣợng nƣớc bị ngày đầu lớn Cụ thể, sau 12 phơi nắng, mẫu lần đầu bão hòa giảm 10,8g nƣớc; lần bão hòa thứ 2, mẫu bị giảm gần gấp đôi (19,5g nƣớc) Nhƣ vậy, thay đổi mơi trƣờng dẫn đến thay đổi thể tích hình thành khe nứt mẫu đất Độ sâu phát triển khe nứt tách loại đất đƣợc ƣớc tính theo cơng thức Taylor (1948) [10]: zt = 2c‘/ tg(45o + ‘/2), zt độ sâu khe nứt tách, - khối lƣợng thể tích c‘ ‘ – lực đinh kết góc ma sát hữu hiệu đất Kết bảng cho thấy, độ sâu phát triển khe nứt tách số loại đất phong hóa biến đổi từ 1.8 đến 4.7 m Các loại đất có tính dẻo cao, độ sâu đạt giá trị lớn Trong thực tế, theo thời gian, với hoạt động nhân sinh mái dốc, bề mặt khe nứt bị lấp đất che phủ nhiên khe nứt liên tục phát triển theo thời gian đến độ sâu lớn Đây nội dung cần đƣợc tiếp tục tiến hành nghiên cứu Hình Hình ảnh thí nghiệm co ngót mẫu đất đường QL 24C, km 85+500 (Mẫu bão hịa nước sau phơi điều kiện nắng hè tự nhiên) Khi mái dốc đƣợc khai đào để làm đƣờng, mái dốc phần hỗ trợ chân Trạng thái cân ứng suất ban đầu bị phá vỡ có tập trung ứng suất xảy chân dốc (Hình 6) Biến dạng dẻo xảy ứng suất cắt chân mái dốc vƣợt sức chống cắt đất Biến dạng phục hồi [11] Phạm vi vùng biến dạng dẻo đƣợc phát triển mở rộng bề mặt trƣợt tiềm đƣợc hình thành Với phát triển biến dạng dẻo, phần phần mái dốc tạo áp lực đẩy vào phần dƣới, gây khe nứt tách đầu dốc Hơn nữa, lan truyền khe nứt tạo điều kiện thuận lợi cho xâm nhập lƣợng lớn nƣớc mƣa (Hình 6b) Do tác động nƣớc mƣa xâm nhập vào mái dốc, độ hút dính đất khơng bão hịa giảm Khi độ bão hòa đất đủ lớn, sức chống cắt đất nhƣ độ ổn định mái dốc suy giảm mạnh, thúc đẩy hình thành bề mặt trƣợt Hơn nữa, nƣớc mƣa xâm nhập, mực nƣớc ngầm dâng lên ảnh hƣởng đến độ ổn định mái dốc Do biến dạng dẻo lan truyền xuống bề mặt trƣợt, vết nứt ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 đẩy trồi xảy chân dốc (Hình 6b) Tiếp theo, mặt trƣợt đƣợc hình thành (Hình 6c) Biến dạng dẻo phát triển thành biến dạng trƣợt, dẫn đến khối đất hoàn toàn ổn định m % % % g/cm3 kPa Độ 26,7 47,6 20,6 1,8 9,8 30,0 1,9 0-3 39,7 60,2 31,7 1,7 21,8 22,3 3,8 3-6 38,3 62,9 33,9 1,8 31,6 16,8 4,7 2.4 28,1 43,4 23,8 1,7 17,0 28,0 4,5 0.2 21,7 37,8 23,0 1,8 6,8 27,6 1,3 1.2 33,9 57,5 30,8 1,8 10,2 24,7 1,8 0,6 30,3 47,7 29,6 1,7 14,3 24,3 2,6 1,4 23,1 46,5 28,6 1,7 27,3 21,8 3,7 Hình Cơ chế hình thành khối trượt lớn (tham khảo, bổ sung từ [6]) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Độ sâu khe nứt tách (m) Góc ma sát Lực dính kết Khối lƣợng thể tích Giới hạn dẻo 24C km 90+000_T1a (Cát pha sét - SC) 24C km 89+500_T1 (Sét dẻo cao – CH) 24C km 89+500_T2 (Sét dẻo cao – CH) 24C km 85+500_T3 (Sét dẻo – CL) 40B km 46+700_T1 (Sét dẻo - CL) 40B km 66+800_T2 (Bụi dẻo cao – MH) 40B km 125+500_T2 (Bụi dẻo thấp – ML) 40B km 125+500_T4 (Cát pha sét - SC) Giới hạn chảy Ký kiệu, độ sâu lấy mẫu phân loại đất Độ ẩm tự nhiên TT Độ sâu lấy mẫu Bảng Độ sâu phát triển khe nứt tách số loại đất phong hóa KẾT LUẬN Do đặc điểm trồng khai thác keo lai, bề mặt đất luân phiên đƣợc che phủ để trống thời gian dài Trong thực tế, dƣới tác động dao động nhiệt độ, mƣa hoạt động ngƣời đất dốc, khe nứt tách đƣợc hình thành phát triển đất dốc, tạo tiền đề cho phát triển khối trƣợt lớn Với hình thành phát triển khe nứt tách mái dốc, nƣớc mƣa dễ dàng xâm nhập sâu vào mái dốc, dẫn đến sức chống cắt đất khơng bão hịa suy giảm, mực nƣớc ngầm dâng lên tạo nên khối trƣợt quy mô lớn Nhƣ vậy, thực trồng khai thác keo lai đất dốc cần có biện pháp để hạn chế đợt đất trống hay mật độ che phủ thấp dẫn tới tƣợng hình thành khe nứt tách, tiền đề cho trƣợt lở khối lớn hình thành, đặc biệt khu vực có bề dày tầng đất phong hóa lớn Lời cảm ơn: Bài báo đƣợc hoàn thành với hỗ trợ Đề tài độc lập cấp Nhà nƣớc “Nghiên cứu dự báo nguy tai biến trượt lở mái dốc dọc tuyến giao thông trọng điểm miền núi tỉnh Quảng Nam đề xuất giải pháp ứng phó”, mã số ĐTĐL.CN-23/17 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đình Khả, Nguyễn Văn Thảo, Phạm Văn Tuấn, Nguyễn Đình Hải, Phí Hồng Hải, Hồ Quang Vinh Báo cáo khảo nghiệm giống Keo lai số vùng sinh thái nƣớc ta Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hà Nội, 24 trang, 1999 Chan, R K S., et al Technical guidelines on landscape treatment for slopes GEO Publication No 1.2011, September, 2011 Chan, R K S., et al Layman‗s guide to landscape treatment of slopes Geotechnical Engineering Office, Civil Engineering and Development, Third edition, July 2012 Do Minh Duc, et al Using logistic regression and neural networks for landslide susceptibility assessment along the transport arteries in the mountainous areas of Quang Nam province Proceedings of the 4th Conference VietGeo, 2018 Hamilton, L S Forests and water A thematic study prepared in the framework of the Global Forest resources Assessment 2005 FAO Forestry Paper 155 Food and Người phản biện: PGS.TS TRẦN MẠNH LIỂU ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Agriculture Organization of the United Nations, Rome, 2008 Hou QD, Wu GJ, Li HB, et al Large deformation and failure mechanism analyses of Tangba high slope with a high-intensity and complex excavation process Journal of Mountain Science 16(2), 2019 https://doi.org/10.1007/s11629- 018-5002-6 Schmidt, K M., Roering, J J., Stock J D., Dietrich, W E., Montgomery D R., Schaub T The variability of root cohesion as an influence on shallow landslide susceptibility in the Oregon Coast range Can Geotech J 38:9951024, 2001 Shakesby, R A Doerr S H Wildfire as a hydrological and geomorphological agent Earth-Science Reviews, Volume 74, Issues 3-4, Pages 269-307, 2006 Sidle, R C., Ziegler, A D., Negishi, J N., Nik, A R., Siew, R and Turkelboom, F Erosion processes in steep terrain-Truths, myths, and uncertainties related to forest management in Southeast Asia Forest Ecology and Management, Vol 224, Issues 1-2, Page 199- 225, 2006 10 Taylor, D.W Fundamentals of Soil Mechanics Wiley and Sons, NewYork, pp.449451, 1948 11 Xu X., Dai Z H Numerical implementation of a modified Mohr–Coulomb model and its application in slope stability analysis Journal of Modern Transportation 25(1): 40-51, 2017 ... yếu trồng loài keo lai lấy gỗ nguyên liệu giấy, dăm gỗ xẻ; trồng hỗn loài theo dải hẹp phù trợ địa gỗ lớn để phòng hộ Mật độ trồng 1.100 cây/ ha, cự ly 3x3m; 1660 cây/ ha, cự ly 3x2 m [1] Keo lai. .. khu vực có bề dày tầng đất phong hóa lớn Lời cảm ơn: Bài báo đƣợc hoàn thành với hỗ trợ Đề tài độc lập cấp Nhà nƣớc “Nghiên cứu dự báo nguy tai biến trượt lở mái dốc dọc tuyến giao thông trọng điểm. ..lớn phần lớn phát sinh khu vực trồng keo lai (Hình 1) Nghiên cứu hƣớng dẫn phƣơng thức trồng mái dốc từ lâu đƣợc quan tâm, đặc biệt Hồng Kong Theo đó, định hƣớng canh tác loại sƣờn