CHƢƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HIỆN TƢỢNG SẠT LỞ ĐẤT
2.4. Mô hình dự đoán trượt lở đất
2.4.6. Sự phát triển quy mô đồi dốc theo thời gian
Các mối quan hệ cường độ - thời gian - tần số (gọi tắt là IDF) cho lượng mưa ở một nơi có khả năng xảy ra xác suất mà một tỷ lệ lượng mưa nhất định (thời gian trung bình) vượt quá tập mưa trong một thời gian quy định. Với giả định quy mô bất biến, tỷ lệ lượng mưa pvượt quá một xác suất nhất định, quy mô với thời gian mưa t như một chức năng sức mạnh của t. Tỷ lệ lượng mưa pF có thể được vượt quá với một xác suất (1 – F) trong một năm có thể được xác định như sau:
với m1 biểu thị giá trị dự kiến hàng năm lượng mưa tối đa trong thời gian đơn vị, n là số mũ tỉ lệ, với 0 < n < 0,6, và xF giá trị của biến ngẫu nhiên các F chuẩn hoá, đó là, tỷ lệ giữa lượng mưa và độ sâu của lượng mưa, độc lập với thời gian.
Phương trình (27) đưa ra dạng tổng quát của các đường cong IDF độc lập với khả năng phân phối có thể xảy ra bên dưới, với xF phụ thuộc vào sự phân bố sử dụng trước đó để phù hợp với giá trị của dữ liệu. Đối với các giá trị cực đoan chung (GEV) một phân phối có
với k, α, và ɛ biểu thị các thông số hình dạng, quy mô và vị trí của GEV, tương ứng, và y là biến giảm ngẫu nhiên. Điều này chỉ phụ thuộc vào thời gian trở lại TRđó là:
với TR = 1/(1 - F )
Phương trình (24) đối với độ sâu lượng mưa là một hàm của thời gian mưa tức là pCR = pCR(t). Từ phương trình (24) và (27) suy ra
Điều này cung cấp tần số quan trọng cho khởi đầu của sự bất ổn đồi dốc, được thể hiện bởi các giá trị của xF thỏa mãn phương trình (24) theo thời gian mưa t. Thời gian phán đoán tCR đối với thời gian trở lại tối thiểu đối với độ dốc không ổn định có thể được xác định thêm bởi điều kiện ∂pF(t)/∂t = ∂pCR(t )/∂t, cho t = tCR. Suy ra
Các giải pháp được đưa ra từ những giá trị của Fhoặc T pF(t) = pCR(t) cho t= tCR , là pF(t) < pCR(t) với bất kỳ t ≠ tCR, đó là ∂pF(t)/∂t = ∂pCR(t)/∂t , cho t= tCR. Một lưu ý rằng giải pháp là duy nhất, vì từ phương trình (24) ta có ∂2
pCR/∂t2
< 0 với t> 0; và ngược lại, từ phương trình (27) ta được ∂2pF/∂t2
> 0 với t> 0. Do đó thời gian lượng mưa tCR có ý nghĩa quan trọng về mặt vật lý đối với vấn đề gây ra nông lở đất.
Ví dụ ở hình 2.18 cho thấy các chỉ số địa hình (a/b) điều khiển mạnh mẽ thời gian dự kiến trở lại của vấn đề ổn định đồi dốc, nhưng nó ảnh hưởng không đáng kể vào thời gian lượng mưa gây sạt lở đất nông. Tỷ số (a/b) càng gia tăng làm cho thời gian trở lại của khả năng sạt lở giảm, và thời gian lượng mưa cho sự bất ổn đồi dốc gia tăng. Trong thực tế với a/b = 200 thời hạn quay lại của khả năng sạt lở là khoảng 15 năm với thời gian lượng mưa liên tục khoảng hai ngày, trong khi với a/b = 100 thời hạn quay lại của khả năng sạt lở là khoảng 75 năm với thời gian lượng mưa khoảng một ngày và với a/b = 50 thời hạn quay lại của khả năng sạt lở là khoảng 600 năm với thời gian lượng mưa liên tục khoảng nửa ngày.
Một lưu ý là tính gắn kết của đất và sự ảnh hưởng của cây cối lên tính ổn định tổng hợp không được phân tích trong bài tập này, vì vậy, những sự đơn giản hóa này có thể ảnh hưởng đến kết quả về sự tính toán của thời gian lượng mưa gây ra lở đất. Tác dụng của rễ cây đối với lực kháng ứng suất cắt đã được tính đến bằng cách tăng 40% giá trị của góc kháng ứng suất cắt.
Phương pháp nghiên cứu nâng cao được phát triển ở đây để cải thiện các điều kiện cơ học của đất và thủy văn đồi dốc của quá trình bắt đầu sạt lở đất nông, bảo quản mô hình đơn giản ban đầu và ứng dụng đơn giản để dự đoán mưa gây nguy cơ sạt lở đất nguy hiểm. Sự găn kết về cơ học đất với thủy văn đồi dốc mang lại một mô hình phân tích đơn giản có khả năng là nguyên nhân của sự kết hợp ảnh hưởng của thời gian cơn mưa và cường độ mưa trong cơ chế gây ra sạt lở đất nông. Bốn trạng thái của sự ổn định độ dốc có nguồn gốc từ mô hình này. Hai yếu tố không phụ thuộc vào hàm lượng nước, nghĩa là, độ dốc vô điều kiện ổn định hoặc không ổn định, và hai yếu tố phụ thuộc vào hàm lượng nước, nghĩa là, độ dốc ổn định hoặc không ổn định kiểm soát bởi độ dày của mực nước ngầm.
Tính chất thủy văn đồi dốc được mô hình hóa bằng cách kết hợp các định luật bảo toàn khối lượng của nước trong đất với định luật Darcy dùng để mô tả dòng chảy thấm. Điều này cũng mang lại một mô hình tạo dòng chảy đơn giản, có khả năng tính đúng cho việc định vị, tính chất đất, và độ ẩm ban đầu của đất. Mô hình này có thể mô
Hình 2.18:Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ lệ lượng mưa và thời gian mưa với
các đường cong IDF biểu diễn giai đoạn trở lại của sạt lở đồi dốc (θ = 35°;a= 0,02
km2; Φ'= 42°; e= 1; Sr= 0,5;Gs= 2,65; T= 40 m2/d vàz=1m) và điều kiện khí hậu (k= -0,05; α = 0,30; ɛ = 0.80;m1 = 68mm vàn= 0,45).Các giá trị khác nhau của địa hình a/b và thời gian trở lại TR được xem xét. [12]
tả lượng mưa tạm thời và ảnh hưởng ngưỡng gắn liền với kết quả bão hòa của lớp đất.
Cuối cùng, mô hình cho kiểm soát thuỷ văn trên sạt lở đất nông được kết hợp với việc nâng cấp đơn giản mô hình mưa bão trong dãi
tần số. Điều này có thể giúp hiểu biết về vấn đề kiểm soát khí hậu đối với sự phát triển cảnh quan gắn với mưa gây sạt lở đất. Ứng dụng mô hình tại khu vực nghiên cứu cho thấy một hiệu suất mô hình đạt yêu cầu trong cả hai chế độ chẩn đoán và dự báo của hoạt động sạt lở đất.
Vấn đề nghiên cứu thêm là cần thiết vì những lý do sau:
- Để đánh giá chất lượng chẩn đoán của mô hình trong các điều kiện địa lý khác nhau
- Để đánh giá những hạn chế mô hình kết hợp với các phương pháp đơn giản hiện có bằng cách so sánh với các mô hình geomechanical chi tiết hơn.
- Để xem xét một cách thích hợp các tác động của rễ cây và thảm thực vật - Để đánh giá vai trò của sự gián đoạn liên kết với nhau.
- Để đánh giá hiệu quả dự đoán của mô hình so với các phương pháp thống kê truyền thống.
Ký hiệu
c' tính hiệu quảcủa sự gắn kết về sức căng.
E tỷ lệ độ rỗng.
FS hệ số an toàn.
Gs trọng lượng riêng của chất rắn.
h chiều cao của mực nước ngầm trên mặt phẳng trượt.
hw áp suất thủy tĩnh tại trung điểm của cơ sở lát mỏng
Sr mức độ bão hòa.
u áp lực nước lỗ rỗng.
z chiều sâu của mặt phẳng trượt tiềm năng.
Φ' góc kháng cắt.
γ đơn vị trọng lượng tổng hợp.
γ' đơn vị trọng lượng bề mặt.
γsat đơn vị trọng lượng bão hòa.
γw đơn vị trọng lượng của nước.
θ góc của đồi dốc.
σ tổng sức căng ở điều kiện thường.
τf lực kéo khi trượt.
τ lực dịch chuyển (ứng suất cắt).
ω =h/z chỉ số mực nước ngầm (0 ≤ ω ≤ 1).