Nghiên cứu các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc của các truyến đường giao thông tây quảng bình và đề xuất các giải pháp phòng chống

luận văn

1 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài luận án Trên địa phận vùng đồi núi phía Tây tỉnh Quảng Bình có nhiều tuyến đờng giao thông quan trọng qua, nh đờng HCM, đờng xuyên á, đờng quốc lộ QL 12A, đờng tỉnh lộ TL 10, TL 11, TL 20 Các tuyến đờng hệ thống giao thông huyết mạch quan trọng, có ý nghĩa chiến lợc tất lĩnh vực: trị, an ninh quốc phòng, kinh tế văn hoá - x· héi cđa ®Êt níc, khu vùc miỊn Trung nãi chung tỉnh Quảng Bình nói riêng Trong thời gian qua, tuyến giao thông (chủ yếu vùng đồi núi), đặc biệt vào mùa ma lũ, thờng xuyên xảy QTDCTLĐĐ SD, MD làm ách tắc giao thông, ảnh hởng đến lu thông hàng hoá, phá huỷ nhiều đoạn đờng công trình giao thông quan trọng gây thiệt hại lớn tiền tài sản Chỉ xét riêng đờng QL 12A, theo báo cáo Sở giao thông vận tải Quảng Bình, thiệt hại tr ợt lở đất đá SD, MD hàng năm lên đến gần 20 tỷ đồng [49], [50] Tuy nay, địa bàn tỉnh Quảng Bình nói chung, tuyến đờng thuộc vùng đồi núi phía Tây nói riêng cha có công trình nghiên cứu đầy đủ toàn diện QTDCTLĐĐ SD, MD mà chủ yếu tập trung vào việc xử lý số công trình cụ thể có tợng DCTLĐĐ SD, MD xảy Một số công trình nghiên cứu cha toàn diện hệ thống nên cha tìm đợc nguyên nhân chủ đạo, biện pháp phòng chống giải pháp tình thế, bị động nhằm khắc phục hậu trớc mắt, dự báo phòng ngừa trớc nên cha mang lại hiệu cao Vì việc "Nghiên cứu trình DCTLĐĐ SD, MD tuyến đờng giao thông Tây Quảng Bình đề xuất giải pháp phòng chống" vô cấp thiết có ý nghĩa quan trọng nhằm làm sáng tỏ chất, quy luật phát sinh, phát triển QTDCTLĐĐ SD, MD, từ đề xuất giải pháp phòng chống thích hợp nhằm giảm thiểu tối đa tác hại hậu tai biến địa chất này, đồng thời góp phần đảm bảo an ninh quốc phòng phát triển kinh tế, văn hoá, xà hội khu vực nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài luận án Xác định trạng, nguyên nhân, điều kiện, động lực quy luật phát sinh, phát triển QTDCTLĐĐ SD, MD, sở đề xuất phơng pháp phân loại QTDCTLĐĐ; phơng pháp đánh giá, phân vùng dự báo trình sụt, trợt dòng bùn đất đá; phơng pháp xác định góc MD thiết kế MD bậc thang hợp lý, ổn định trợt đất đá không đồng nhất; giải pháp phòng chống, giảm thiểu tác động QTDCTLĐĐ SD, MD khu vực nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài luận án - Nghiên cứu ảnh hởng điều kiện địa lý tự nhiên, kinh tế - xà hội QTDCTLĐĐ SD, MD đờng giao thông vùng nghiên cứu - Làm sáng tỏ kiểu cấu trúc địa chất, tính chất lý đất đá ảnh h ởng chúng đến độ ổn định trợt đất đá cấu tạo nên SD, MD đờng giao thông vùng nghiên cứu - Nghiên cứu lịch sử QTDCTLĐĐ SD, MD đà xảy ra, giải pháp công nghệ phòng chống đà áp dụng vùng - Phân tích nguyên nhân, điều kiện, động lực xác định hệ thống quy luật quy luật phát sinh, phát triển, phân bố QTDCTLĐĐ SD, MD vùng nghiên cứu - Phân loại QTDCTLĐĐ SD, MD - Đánh giá độ ổn định trợt SD, MD theo số mặt cắt đặc trng, đại diện cho hệ tầng tơng ứng - Đánh giá, dự báo, phân vùng sụt, trợt dòng bùn đất đá SD, MD đờng giao thông vùng đồi núi Tây Quảng Bình - Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng chống, giảm thiểu tác động QTDCTLĐĐ SD, MD, có đề xuất phơng pháp xác định góc MD ổn định trợt thiết kế MD bậc thang hợp lý ổn định đất đá không đồng Đối tợng phạm vi nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu SD, MD, môi trờng địa chất tuyến đờng giao thông thuộc vùng đồi núi Tây Quảng Bình Phạm vi nghiên cứu tuyến đờng giao thông thuộc vùng đồi núi Tây Quảng Bình, bao gồm: Đờng quốc lộ 12A dài 142 km, Thọ Đơn - Thị trấn Ba Đồn huyện Quảng Trạch đến cửa quốc tế Cha Lo; đờng HCM dài 383,482 km, đó: đoạn từ Hà Tĩnh đến ngà ba Khe Gát dài 95,282 km, tuyến phía Đông dài 121 km tuyến phía Tây 167,2 km từ ngà ba Khe Gát đến Quảng Trị; đờng xuyên dài 19 km nối đờng HCM với đờng 12A; đờng TL 20 dài 65 km, Xuân Sơn đến biên giới Việt Lào; đờng TL 10 nhánh Đông đờng HCM khu vực Nhà máy xi măng Sơn đến biên giới Việt Lào, dài 47 km; đờng TL 11 nhánh Đông đờng HCM Công ty Cao su Việt Trung gặp nhánh Tây đờng HCM, dài 31 km Với chiều sâu nghiên cứu từ bề mặt địa hình tự nhiên đến tầng đá gốc tuyến đờng nghiên cứu (khoảng gần 50m) theo Băng rộng dọc tun ®êng cã chiỊu réng tÝnh tõ tim ®êng vỊ phía đỉnh sờn đốc (khoảng 200m) Phơng pháp nghiên cứu Để giải mục tiêu nội dung nghiên cứu nêu trên, đề tài luận án sử dụng tổng hợp phơng pháp nghiên cứu sau đây: - Phơng pháp thu thập, kế thừa, phân tích, tổng hợp có chọn lọc thông tin kết nghiên cứu: Luận án mang tính kế thừa, phân tích, tổng hợp có chọn lọc kết nghiên cứu phơng pháp luận chung tợng QTTLĐĐ, đặc điểm địa hệ tự nhiên - kỹ thuật, đặc điểm kinh tế xà hội khu vực nghiên cứu - Phơng pháp địa chất truyền thống: Thu thập tài liệu, khảo sát thực địa, thăm dò khoan đào quan trắc lâu dài để nghiên cứu cấu trúc địa chất, lịch sử trạng trợt lở - Phơng pháp tơng tự địa chất: Phơng pháp cho phép nghiên cứu kết luận điều kiện phát sinh - phát triển trình địa chất đợc rút sở so sánh với kết nghiên cứu trình địa chất đà có điều kiện tơng tự - Phơng pháp chuyên gia: Việc nghiên cứu QTDCTLĐ Đ vấn ®Ị hÕt søc phøc t¹p Nã võa cã tÝnh tỉng hợp vừa mang tính chuyên sâu cần tham vấn, đóng góp nhiều nhà khoa học, chuyên gia thông qua hội nghị khoa học, hội thảo với tham gia nhiều chuyên ngành khác Bên cạnh đó, việc thu thập tranh thủ tham vấn cộng đồng khu vực nghiên cứu điều cần thiết bổ ích cho đề tài - Phơng pháp thí nghiệm: Phơng pháp thí nghiệm bao gồm thí nghiệm phòng trời tính chất lý đất đá cấu tạo tầng phủ SD, MD - Phơng pháp phân tích hệ thống: Phơng pháp phân tích hệ thống để đánh giá, dự báo nh phân tích tơng tác nguyên nhân yếu tố ảnh hởng đến QTDCTLĐĐ SD Đây phơng pháp giúp giải hiệu vấn đề phức tạp, có nhiều mối quan hệ (phơng diện) để xem xét, so sánh lựa chọn thông tin không đầy đủ - Phơng pháp xác suất thống kê toán học ứng dụng công nghệ thông tin: Phơng pháp đợc áp dụng để tính toán, xử lý kết thí nghiệm tính chất lý đất đá tính toán hệ số ổn định SD, MD, xác lập phân vùng giới hạn trợt góc MD ổn định trợt - Phơng pháp ma trận định lợng phơng pháp quy trình phân tích hệ thống cấp bậc AHP: Dựa vào thang bậc phân cấp mức độ tác động yếu tố địa hệ tự nhiên - kỹ thuật đà xây dựng để đánh giá tổng hợp cờng độ sụt, trợt dòng bùn đất đá khu vực nghiên cứu - Phơng pháp đánh giá định lợng ổn định trợt SD, MD vùng nghiên cứu lý thuyết ổn định SD theo phơng pháp lăng thể đại diện với chế trợt phẳng theo mặt trợt phẳng nằm nghiêng phổ biến SD, MD đờng giao thông miền núi Ngoài phơng pháp chủ yếu nêu trên, luận án sử dụng số phơng pháp nghiên cứu ngành khoa học khác có liên quan Những luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: QTDCTLĐĐ lÃnh thổ đồi núi Tây Quảng Bình xảy phổ biến nhng với quy mô không lớn Sự phát sinh phát triển trình đợc định tính phức tạp địa hệ tự nhiên-kỹ thuật khu vực nghiên cứu đặc biệt hoạt động kinh tế - xây dựng ngời đà nguyên nhân trực tiếp dẫn tới trình bất lợi Hầu hết điểm DCTLĐĐ quan sát đợc phát sinh MD SD kế cận (98,61%) Luận điểm 2: Hiện tợng DCTLĐĐ lÃnh thổ đồi núi Tây Quảng Bình xảy đa dạng với nhiều loại hình thái khác nhau, nhng chủ yếu sụt đất đá chiếm (77,78%), đất đá thuộc hệ tầng Mục Bài, Đông Thọ, BÃi Dinh hầu nh xảy vào mùa ma lũ Cờng độ sụt, trợt dòng bùn đất đá biến đổi từ yếu đến yếu vào mùa khô từ yếu đến mạnh vào mùa ma lũ Các quy luật phát sinh phát triển QTDCTLĐĐ phải đợc xem nh sở cho công tác dự báo, đánh giá đề xuất giải pháp phòng chống trình bất lợi Những điểm khoa học - Xác lập quy luật phát sinh, phát triển phân bố DCTLĐĐ SD, MD tuyến đờng giao thông Tây Quảng Bình; - Đề xuất phân loại QTDCTLĐĐ SD, MD đờng giao thông Tây Quảng Bình - Đánh giá, dự báo, phân vùng sụt, trợt dòng bùn SD, MD đờng giao thông vùng đồi núi Tây Quảng Bình theo phơng pháp ma trận định lợng cờng độ tác động tơng hỗ yếu tố ảnh hởng - Xây dựng phơng pháp quy trình đánh giá nhanh độ ổn định SD, MD cấu tạo từ đất loại sét theo biểu đồ trạng thái khối trợt - Đề xuất phơng pháp, xây dựng chơng trình phần mềm xác định góc MD bề rộng thềm bậc thang hợp lý, ổn định MD đờng giao thông công trình xây dựng vùng miền núi đợc cấu tạo từ đất đá không đồng ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài luận án - Làm sáng tỏ bổ sung sở lý thuyết chất, chế hình thành, nguyên nhân, điều kiện, động lực, quy luật phát sinh, phát triển phân loại QTDCTLĐĐ SD, MD, đồng thời góp phần hoàn thiện phơng pháp luận nghiên cứu, dự báo QTDCTLĐĐ lÃnh thổ đồi núi chia cắt mạnh vùng nhiệt đới ẩm gió mùa chịu tác động mạnh hoạt động kinh tế - xây dựng - Kết nghiên cứu đề tài luận án nguồn tài liệu đa dạng, phong phú đợc hệ thống hoá đáng tin cậy, đó, tham khảo, sử dụng thiết kế, thi công giải pháp phòng chống, giảm thiểu tác hại QTDCTLĐĐ gây tuyến đờng giao thông nh quy hoạch phát triển kinh tế - xà hội bền vững vùng đồi núi Tây Quảng Bình Cơ sở tài liệu luận án - Một số tài liệu nớc nớc; - Bản đồ địa chất khoáng sản tỉnh Quảng Bình, tỷ lệ 1: 50.000, Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, Hà Nội 1996; - Báo cáo kết khảo sát địa chất công trình Dự án nâng cấp cải tạo quốc lộ 12A đoạn Khe Ve - ChaLo Công ty cổ phần t vấn xây dựng giao thông 533 năm 2006; - Hồ sơ khảo sát địa chất giai đoạn thiết kế kỹ thuật - thi công bền vững hóa đờng Hồ Chí Minh đoạn Khe Gát - Khe Sanh (Km 0T - Km 242T ) Ban quản lý Dự án đờng Hồ Chí Minh - Bộ Giao thông Vận tải năm 2006; - Báo cáo kết thử nghiệm mẫu đất ®êng QL 12A vµ ®êng Hå ChÝ Minh cđa Chi cục Tiêu chuẩn Đo lờng Chất lợng Quảng Bình - LAS-XD 118, VILAS 138 năm 2009; - Báo cáo tổng quan địa chất tài nguyên khoáng sản tỉnh Quảng Bình, Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, Hà Nội 2001; - Báo cáo kết đề tài Điều tra nghiên cứu tổng hợp Địa chất Khoáng sản phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế bảo vệ môi trờng tỉnh Quảng Bình, Trờng Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội 2004; - Kết khảo sát thực địa trờng qua năm từ 2006 đến 2009 - 15 công trình nghiên cứu đợc đăng tải tạp chí khác 10 Cấu trúc luận án Nội dung luận án đợc cấu trúc nh sau: Mở đầu Chơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu phòng chống trình dịch chuyển trọng lực đất đá sờn dốc, mái dốc Chơng 2: Đặc điểm địa hệ tự nhiên - kỹ thuật tác động đến trình dịch chuyển trọng lực đất đá sờn dốc, mái dốc vùng đồi núi Tây Quảng Bình Chơng 3: Nghiên cứu trình dịch chuyển trọng lực đất đá sờn dốc, mái dốc đờng giao thông vùng đồi núi Tây Quảng Bình Chơng 4: Phân loại dự báo trình dịch chuyển trọng lực đất đá sờn dốc, mái dốc Chơng 5: Đề xuất giải pháp phòng chống trình dịch chuyển trọng lực đất đá sờn dốc, mái dốc đờng giao thông vùng đồi núi Kết luận Danh mục công trình khoa học liên quan đến luận án đà công bố Tài liệu tham khảo Phụ lục chơng tổng quan CáC VấN Đề NGHIÊN CứU Và PHòNG CHốNG CáC trình dịch chuyển trọng lực đất đá sờn dốc, mái dốc 1.1 Tình hình nghiên cứu, phòng chống tác hại trình dịch chuyển trọng lực đất đá từ sờn dốc, mái dốc giới Các QTDCTLĐĐ SD, MD nói chung đÃ, hàng ngày, hàng xảy SD, MD Ngay từ thời tiền sử, ngời đà biết tránh né, chống đỡ tai biến địa chất (Durville J.L.1992) ThÕ nhng m·i cho ®Õn cuèi thÕ kû thø 19 kỷ 20, vấn đề nghiên cứu, dự báo phòng chống TLĐĐ QTDCTLĐĐ khác đợc phát triển mạnh để lại ngày nhiều công trình khoa học có giá trị Chỉ riêng QTDCTLĐĐ SD, MD đà có hàng nghìn danh mục công trình tập trung mô tả, nghiên cứu hệ thống đề xuất giải pháp phòng chống (Lomtadze V.D 1982, Pogrebov N.F 1936) Mặc dầu đà trải qua lịch sử nghiên cứu lâu dài, nhng vấn đề cốt lõi khái niệm QTDCTLĐĐ SD, MD hÃy khác biệt nhận thức chất trình Nhiều văn liệu khoa học phơng Tây gọi trình xét thuật ngữ không xác định rõ chất chuyển động khối Một số khác xem trình trợt trình dịch chuyển khối đất đá phía dới SD, MD ảnh hởng trọng lực, áp lực thủy động, lực địa chấn số lực khác (Lomtadze V.D 1982) Với tài liệu công bố, phần lớn công trình nghiên cứu, mức độ khác đà ý phân tích cấu trúc địa chất, đặc điểm địa hình, địa mạo, n ớc mặt, nớc dới đất yếu tố ảnh hởng tự nhiên, nhân tạo phát sinh, phát triển loại hình dịch chuyển trọng lực nh đổ đá, sụt lở đất đá, trợt đất đá v.v (Antoine P 1992, Canuti P et al 1985, Cruden D.M 1991, Dzavakhisvili E.A 1964, Eckel E.C 1958, Emelianova E.C 1972 , Fukuoka M 1953, Hadley H.B 1967, Kent P.E 1967, Emelianova E.C 1972, Meyerhof G.G 1957, Muller L 1964, Popov I.V 1959, Seed H.B 1967, Sharpe C.F.S 1938, Turmanina B.N 1963 v.v ) Nhợc điểm chung đại phận công trình nghiên cứu đồng phân biệt rõ ràng nguyên nhân điều kiện phát sinh, phát triển QTDCTLĐĐ SD, MD, gộp chung thuật ngữ yếu tố ảnh hởng hay yếu tố tác động Động lực, quy luật phân bố QTDCTLĐĐ SD, MD mối tơng quan với nguyên nhân, điều kiện phát sinh, phát triển chúng đợc đề cập số công trình định (Eckel E.C 1958, Emelianova E.P 1972, Lomtadze V.D 1982, Popov I.V 1946, 1959) Về động lực tốc độ dịch chuyển trọng lực khối đất đá đợc đề cập sơ đồ động lực dịch chuyển trợt theo tuổi trạng thái hoạt động Popov I V (bảng 1.1) bảng phân loại tốc độ dịch chuyển trọng lực khối đất đá Sharpe C FS , Eckel E (b¶ng 1.2) B¶ng 1.1: Sơ đồ phân chia tợng trợt theo tuổi (theo PoPov I.V.) Tuổi trợt Dạng trợt Trạng thái cân khối đất đá Đang dịch chuyển Trợt đại, tơng ứng với vị trí gốc xói mòn mực mài mòn Trạng thái cân đất đá tiếp tục bị phá huỷ Tạm dừng Tác dụng lực gây phá hoại cân tạm thời đợc cân với yếu tố ổn định Dừng lại Đà kết thúc Trợt cổ, không tơng ứng với vị trí gốc xói mòn mực mài mòn Xuất lộ Chôn vùi Các lực phá huỷ cân tạm thời bị loại trừ Tác dụng lực gây phá hoại cân đà hết Thân trợt xuất lộ ngoại mặt đất Thân trợt bị trầm tích muộn che phủ lên Bảng 1.2: Phân loại trợt theo tốc độ dịch chuyển (theo Sharpe C FS Eckel E.) Tốc độ dịch chuyển trợt > 3m/s 3m/s - 0.3m/phút 0.3m/phút - 1.5m/ng.đ 1.5m/ng.đ - 1.5m/tháng 1.5m/tháng - 1.5m/năm 1.5m/năm - 0.06m/năm