Đánh giá khả năng phá hủy nền do động đất cho khu vực nội thành thành phố hà nội phục vụ công tác quy hoạch và quản lý rủi ro đô thị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Bùi Thị Nhung ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁ HỦY NỀN DO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ RỦI RO ĐÔ THỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội-2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Bùi Thị Nhung ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁ HỦY NỀN DO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ RỦI RO ĐÔ THỊ Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 62 44 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỒNG PHƢƠNG PGS.TS ĐỖ ĐỨC THANH Hà Nội-2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận án Bùi Thị Nhung LỜI CẢM ƠN Tác giả xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hƣớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Phƣơng PGS.TS Đỗ Đức Thanh, tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức kỹ chuyên môn, nghề nghiệp trình học tập làm luận án Tác giả xin tỏ lịng biết ơn Q Thầy Cơ Bộ môn Vật lý Địa cầu Khoa Vật lý nhiệt tình giảng dạy động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tác giả tồn khóa học Tác giả chân thành xin đƣợc gửi đến Quý Thầy Cô, anh, chị công tác Phịng-Ban chức khác nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ tác giả số vấn đề liên quan đến khóa học Tác giả cảm ơn Ban lãnh đạo bạn bè, đồng nghiệp Viện Vật lý Địa Cầu bên cạnh cổ vũ, trợ giúp chuyên môn, tạo điều kiện động viên tác giả vƣợt qua khó khăn trình học tập, cơng tác Tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ chuyên môn cổ vũ tinh thần Quý Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp quan khác qua trao đổi học thuật, số liệu, tài liệu thảo luận hữu ích Tác giả cảm ơn cung cấp số liệu hỗ trợ chƣơng trình xử lý miễn phí từ tổ chức, website dự án, chƣơng trình hợp tác đồng nghiệp cho tồn q trình nghiên cứu luận án Tác giả biết ơn gia đình, ngƣời thân ngƣời bạn tin tƣởng cổ vũ cho lựa chọn tác giả công việc sống Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả luận án Bùi Thị Nhung MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁ HỦY NỀN DO ĐỘNG ĐẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN HÓA LỎNG NỀN 1.1 Tình hình nghiên cứu phá hủy động đất 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 11 1.2 Tác động phá hủy 12 1.3 Hóa lỏng động đất 14 1.3.1 Các khái niệm hóa lỏng 14 1.3.2 Cơ chế hóa lỏng 15 1.3.3 Các điều kiện hóa lỏng 17 1.3.4 Các kiểu hóa lỏng 22 1.3.5 Các tiêu chí để xác định thành lập đồ hóa lỏng khu vực .28 Chƣơng PHÂN LOẠI NỀN ĐẤT KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ ĐỊA VẬT LÝ 30 2.1 Tài liệu sử dụng 30 2.2 Phƣơng pháp áp dụng 31 2.3 Phân loại đất khu vực nội thành thành phố Hà Nội 34 2.4 Đánh giá hiệu ứng khuếch đại địa phƣơng 40 2.5 Kết luận chƣơng 42 Chƣơng ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG NHẠY CẢM HÓA LỎNG NỀN DO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI .43 3.1 Tài liệu sử dụng 43 3.1.1 Tài liệu địa chất-địa chất cơng trình 43 3.1.2 Tài liệu địa chất thủy văn 53 3.1.3 Tài liệu địa mạo 56 3.2 Các phƣơng pháp sử dụng 59 3.3 Đánh giá khả nhạy cảm hóa lỏng cho khu vực thành phố Hà Nội 63 3.3.1 Đánh giá khả nhạy cảm hóa lỏng cho khu vực thành phố Hà Nội theo đặc điểm địa chất 63 3.3.2 Đánh giá khả nhạy cảm hóa lỏng cho khu vực thành phố Hà Nội theo đặc điểm địa mạo 68 3.3.3 Đánh giá khả nhạy cảm hóa lỏng cho khu vực thành phố Hà Nội theo đặc điểm địa chất địa mạo 72 3.4 Kết luận chƣơng 74 Chƣơng ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM HÓA LỎNG NỀN DO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI 76 4.1 Phƣơng pháp đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng động đất 76 4.1.1 Tính hệ số an tồn kháng hóa lỏng 78 4.1.2 Tính số khả hóa lỏng 84 4.1.3 Đánh giá xác suất xảy hóa lỏng bề mặt 85 4.2 Các đặc trƣng địa chấn kiến tạo khu vực Hà Nội 87 4.2.1 Các đứt gãy hoạt động 87 4.2.2 Hoạt động địa chấn 89 4.3 Các kịch động đất 90 4.4 Dữ liệu lỗ khoan 96 4.5 Đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng động đất cho khu vực nội thành thành phố Hà Nội 97 4.6 Thảo luận kết 103 4.7 Kết luận chƣơng 104 KẾT LUẬN 106 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 107 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 PHỤ LỤC 124 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Ký hiệu, Từ Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt a Acceleration Gia tốc amax Maximum horizontal acceleration Gia tốc ngang cực đại at ground surface bề mặt CPT Cone Penetration test Thí nghiệm xun hình nón CRR Cyclic resistance ratio Tỷ số kháng xuyên tuần hoàn CSR Cyclic stress ratio Tỷ số ứng suất tuần hoàn DMT Flat delatometer test Kiểm tra dãn nở phẳng EIGF Earthquake-induced Ground Phá hủy động đất chữ viết tắt Failures Em Hammer efficiency Hệ số hiệu búa FC Percent finer Phần trăm hạt mịn FEM Finite Element Method Phƣơng pháp phần tử hữu hạn FEMA Federal Emergency Management Cục quản lý tình trạng Agency khẩn cấp liên bang Mỹ FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FS Factor of safety against Hệ số an toàn kháng hóa lỏng liquefaction GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý Ký hiệu, Từ Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt Intensity Cƣờng độ chấn động bề chữ viết tắt I mặt LL Liquid limit Giới hạn lỏng LPI Liquefaction Potential Index Chỉ số khả hóa lỏng LSI Liquefaction Severity Index Chỉ số mức độ hóa lỏng M Earthquake Magnitude Độ lớn động đất NEHRP National Earthquake Hazards Chƣơng trình Quốc gia Reduction Program giảm nhẹ thiệt hại động đất Mỹ OCR Overconsolidation ratio Tỷ số chặt PG Probability of Ground failures Xác suất phá hủy PGA Peak Ground Acceleration Gia tốc cực đại PLH Probabilistic liquefaction hazard Nguy hiểm hóa lỏng theo xác suất SBPT Self boring pressure meter Máy đo áp suất lỗ khoan SPT Standard Penetration Test Thí nghiệm xuyên chuẩn SWW Shear wave velocity techniques Kỹ thuật vận tốc sóng ngang Danh mục bảng Trang Bảng 2.1 Phân loại đất địa phƣơng theo tiêu chuẩn NEHRP 1999 Mỹ 33 Bảng 2.2 Hệ số khuếch đại 41 Bảng 3.1 Các phân vị địa tầng tuổi Đệ Tứ 47 Bảng 3.2 Phân chia thành tạo Đệ Tứ 51 Bảng 3.3 Bề dày lớp bùn hệ tầng Hải Hƣng số khu vực 51 Bảng 3.4 Các phân vị địa chất thuỷ văn khu vực Hà Nội .54 Bảng 3.5 Khả nhạy cảm hóa lỏng lắng đọng trầm tích trình chấn động địa chấn 61 Bảng 3.6 Khả nhạy cảm hóa lỏng đơn vị hình thái học 63 Bảng 3.7 Khả nhạy cảm hóa lỏng đơn vị thạch học khu vực .64 Bảng 3.8 Khả nhạy cảm hóa lỏng đơn vị vi địa mạo .69 Bảng 4.1 Các mức rủi ro tƣơng ứng với xác suất có điều kiện tƣợng phá hủy hóa lỏng 85 Bảng 4.2 Tham số động đất kịch 92 Bảng 4.3 Các hệ số phổ phản ứng gia tốc miền Trung miền Đông nƣớc Mỹ (nền B) 94 Bảng Kết phân loại dựa giá trị SPT lỗ khoan khu vực nội thành thành phố Hà Nội theo tiêu chuẩn NEHRP 99 126 Bảng Kết phân loại dựa giá trị V S,30 lỗ khoan khu vực nội thành thành phố Hà Nội theo tiêu chuẩn NEHRP 99 133 Bảng Ví dụ minh họa tiêu lý lớp bùn đáy ao hồ (lớp 2) khu vực nội thành thành phố Hà Nội (hàm lƣợng hạt cát (2-0.05) 42.8%, hạt bụi (0.05-0.005) 29.9%, hạt sét (