Trong tự nhiên, mọi sƣờn dốc đều có xu hƣớng dịch chuyển để đạt tới trạng thái cân bằng nhằm phản ứng lại ứng suất tạo ra bởi trọng lực có mặt ở sƣờn dốc. Dịch chuyển của sƣờn dốc có thể thay đổi về quy mô và cƣờng độ, thể hiện ở những xáo trộn gần bề mặt trong các đới phong hoá hay những dịch chuyển dƣới sâu của các khối đá lớn. Hiện tƣợng này xảy ra khi sức bền của sƣờn dốc ở một vài nơi nào đó nhỏ hơn ứng suất bên trong khối đá cấu thành nên sƣờn dốc. Dịch chuyển của sƣờn dốc có thể có biên độ và tốc độ từ nhỏ tới lớn khác nhau. Sự ổn định của sƣờn dốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm: loại đất đá cấu thành nên sƣờn dốc, cấu trúc địa chất của sƣờn dốc, nƣớc ngầm, nƣớc mƣa và độ lớn của ứng suất tại chỗ....
2.1.1. Loại đất đá
Sức bền của đất đá phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và kiến trúc của nó. Các khoáng vật sét nhạy nhất với biến dạng và có khả năng sập đổ nhanh do sức bền của nó giảm rất nhanh chóng, trong khi các khoáng vật kết tinh thƣờng khá bền. Những đá có kiến trúc dị hƣớng chẳng hạn nhƣ đá phiến lợp (slate), đá phiến và sét bị ép mỏng có sức bền nhỏ nhất theo phƣơng song song với kiến trúc. Vai trò của thành phần khoáng vật cũng nhƣ kiến trúc đá đối với sự ổn định của sƣờn dốc có thể thể hiện ở quy mô từ toàn bộ sƣờn dốc tới những đới trƣợt nhỏ. Những đới trƣợt này đôi khi có chiều rộng chỉ một vài cm cũng có thể ảnh hƣởng to lớn đến độ ổn định của sƣờn dốc nếu nó đóng vai trò là mặt trƣợt của khối trƣợt lớn.
Các tính chất của vật liệu liên quan mật thiết nhất tới sự ổn định của sƣờn dốc là ma sát, lực gắn kết và tỉ trọng của đất đá.
Ma sát và lực gắn kết đƣợc thể hiện rõ nhất trên biểu đồ mối quan hệ ứng suất tiếp tuyến với ứng suất pháp tuyến.
2.1.2. Cấu trúc địa chất
Các bề mặt nhƣ mặt phân lớp, mặt phân phiến, mặt cát khai, đứt gãy, thớ chẻ và khe nứt trong các thành tạo thạch học cấu thành sƣờn dốc có thể có ảnh hƣởng to lớn đến độ ổn định của sƣờn dốc nếu hƣớng nghiêng của các mặt này phù hợp với hƣớng dịch chuyển của sƣờn dốc. Các yếu tố này thƣờng đóng vai trò là mặt trƣợt khi dịch trƣợt xảy ra ở sƣờn dốc.
Các cấu trúc địa chất mà cho phép tăng cƣờng sự hoạt động các tác nhân phong hoá khiến các đá bị bóc tách ra khỏi mặt sƣờn dốc sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trƣợt đá.
Ngoài ra, quá trình uốn nếp cũng có thể làm giảm sức kháng cắt của các tầng đá yếu hơn. Hiện tƣợng trƣợt cắt trong quá trình uốn nếp có thể tái định hƣớng các khoáng vật trong đới dịch chuyển và khiến sức bền của bề mặt giữa các lớp liền kề nhau giảm.
2.1.3. Nước ngầm và nước mặt
Độ ổn định của sƣờn dốc có thể bị ảnh hƣởng đáng kể bởi sự có mặt của nƣớc ngầm cũng nhƣ động thái của chúng. Tác động của nƣớc ngầm thể hiện thông qua việc: (1) Làm thay đổi ứng suất hiệu dụng và vì vậy thay đổi khả năng chịu ứng suất cắt. (2) Sinh ra các lực liên quan tới hiện tƣợng dò rỉ của các dòng chảy về phía mặt dốc. Quá trình này sinh ra các lực có xu hƣớng làm mất ổn định sƣờn dốc. (3) Tăng cƣờng hoạt động của các tác nhân phong hoá và rửa trôi.
Theo lý thuyết cân bằng hệ số an toàn đƣợc định nghĩa là tỉ số của lực cản (resisting forces (Fr)) và lực tạo ra vận động (driving forces (Fd)):
FS = Fr/Fd
Hệ số an toàn của sƣờn dốc với một khoảng góc dốc nhất định đƣợc thể hiện trên hình 3-5 cho hai điều kiện cực trị cho sƣờn dốc khô và sƣờn dốc bão hòa nƣớc. Rõ ràng sự có mặt của nƣớc ngầm ở sƣờn dốc có thể ảnh hƣởng to lớn đến sự ổn định của sƣờn dốc và việc tháo khô nƣớc là cách hiệu quả nhất để nâng cao độ ổn định của sƣờn.
Sƣờn dốc sẽ xảy ra phá hủy nếu hệ số an toàn của nó nhỏ hơn 1, sƣờn dốc bão hòa nƣớc sẽ bị phá hủy nếu nó có góc dốc lớn hơn 64o. Sƣờn dốc khô về mặt lý thuyết ổn định ở mọi giá trị góc dốc tuy nhiên hệ số an toàn khoảng 1,2 không đủ lớn để đảm
yêu cầu ổn định trong thời gian tƣơng đối ngắn thì hệ số an toàn 1,3 thƣờng đƣợc coi là giá trị nhỏ nhất có thể chấp nhận đƣợc. Với sƣờn dốc cạnh các tuyến đƣờng, hệ số an toàn phải đảm bảo khoảng 1,5.
2.1.4. Ứng suất tại chỗ
Ứng suất bên trong sƣờn dốc đƣợc tạo ra do khối lƣợng của bản thân sƣờn dốc, sự có mặt và vận động của nƣớc ngầm và lịch sử địa chất của đá cấu thành nên sƣờn dốc. Đôi khi còn do ảnh hƣởng của các trận động đất.
Ứng suất do lịch sử địa chất của đất đá quyết định bởi lịch sử chôn vùi – trồi lộ và thể hiện trong bản thân vật chất, chúng là phần tàn dƣ của các tác nhân từng hoạt động trong lịch sử mà hiện nay không còn nữa, cho nên thƣờng đƣợc gọi là ứng suất dƣ.
Ứng suất dƣ giảm cƣờng độ theo thời gian và ở các sƣờn dốc, hầu hết chúng là tàn dƣ của ứng suất bị giải phóng không hoàn toàn trong quá trình giảm tải khi tạo thành sƣờn dốc [37].
2.1.5. Hoạt động địa chấn
Sự giải phóng năng lƣợng trong các trận động đất hoặc do các hoạt động nhân sinh khác nhƣ nổ mìn, xe tải hạng nặng hoạt động... sinh ra các sóng địa chấn di chuyển trong lòng đất. Các sóng này sinh ra giao động của nền đất đá. Hiện tƣợng này làm tăng ứng suất cắt ở sƣờn dốc và làm giảm thể tích lỗ hổng của vật chất dẫn tới tăng áp suất chất lƣu trong lỗ hổng và khe nứt. Do đó lực cắt tăng và lực ma sát – lực kháng cắt giảm. Tác nhân này ảnh hƣởng tới phản ứng của sƣờn dốc phụ thuộc vào độ lớn của dao động địa chấn, thời gian diễn ra, sức bền động của vật liệu bị ảnh hƣởng và quy mô của sƣờn dốc [40].
2.1.6. Lịch sử tiến hóa sườn dốc
Sƣờn dốc tự nhiên mà đã xảy ra trƣợt lở thƣờng có lịch sử địa chất không ổn định. Điều quan trọng của lịch sử sƣờn dốc cần biết là các điều kiện đã tồn tại từ trƣớc mà ảnh hƣởng tới sƣờn dốc và lịch sử phong hoá và bào mòn của sƣờn dốc [44].
Tốc độ phong hoá hoá học có thể ảnh hƣởng ngắn hạn hoặc dài hạn tới độ ổn định của sƣờn dốc. Các trầm tích mềm thƣờng liên quan mật thiết nhất tới quá trình biển đổi hoá học. Các đá cứng thƣờng bao gồm các khoáng vật bền vững, kém nhạy với các biến đổi hoá học.
Các biến đổi hoá học xảy ra nhanh thƣờng liên quan với hiện tƣợng trƣơng nở của thạch cao trong quá trình hydrat hoá và sự phân huỷ của các sulfua sắt (pyrite và marcasite) trong quá trình oxi hoá. Sự tác động của nƣớc có thể gây quá trình trƣơng nở và sinh ra ứng suất nén.
Sƣờn dốc tự nhiên trở nên không ổn định khi có những thay đổi bất thƣờng của các quá trình bào mòn sƣờn dốc. Độ ổn định của sƣờn dốc ở vách bờ sông, rìa thung lũng, đặc biệt là những nơi sƣờn dốc gần rìa hồ chứa cần đƣợc đánh giá một cách kỹ lƣỡng.
Tóm lại, độ ổn định của sƣờn dốc là một tiêu chí quan trọng cần đƣợc xem xét trong việc khai mỏ, thi công các hố đào sâu và mở đƣờng giao thông. Các yếu tố địa chất ảnh hƣởng đến độ ổn định của sƣờn dốc bao gồm loại đất đá cấu thành nên sƣờn dốc, cấu trúc địa chất của sƣờn dốc, nƣớc ngầm và độ lớn của ứng suất tại chỗ,… trong đó yếu tố cấu trúc và thành phần đất đá đóng vai trò quan trọng nhất. Để dự báo chi tiết độ ổn định của sƣờn dốc cho từng điểm cụ thể, cần kết hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau để đánh giá một cách đầy đủ vai trò mạnh hay yếu của từng yếu tố có tác động làm mất độ ổn định của sƣờn dốc.
Trong những năm gần đây, có nhiều phƣơng pháp định lƣợng dự báo trƣợt đá dựa trên nhiều cách tiếp cận khác nhau. Tuy nhiên, cách tiếp cận thạch cấu trúc vẫn tỏ ra rất hiệu quả và đƣợc áp dụng rộng rãi trên thế giới. Trong trƣờng hợp quốc lộ 6 ở Việt Nam, để dự báo tai biến trƣợt đá một cách định lƣợng, phƣơng pháp tỏ ra kinh tế và hiệu quả nhất chỉ có thể là thạch cấu trúc.
Đi theo cách tiếp cận này, trình tự công việc phải đƣợc thực hiện nhƣ sau: công tác khảo sát thực địa cần tiến hành để thu thập số liệu thô cho khâu phân tích cuối cùng bằng phƣơng pháp thạch cấu trúc đối với dạng khối trƣợt cấu truc (đá gốc) và phƣơng pháp dự báo động lực sƣờn dốc đối với khối trƣợt bở rời (tàn tích).