trong khu vực Hà Nội
Nguồn gốc địa hình
Đơn vị địa mạo Khả năng
hóa lỏng (***) I.Địa hình nguồn gốc bóc mịn tổng hợp
Bề mặt san bằng Miocen muộn
1 Bề mặt san bằng Mio - Plioen
Bề mặt pediment Pliocen muộn bị chia cắt bởi các sƣờn rửa trôi bề mặt, dốc 8-120:cao <20m (núi Chân Chim), cao 330-40m (núi Ba Vì)
II.Địa hình nguồn gốc bóc mịn- xâm thực
Sƣờn bóc mịn trọng lực, cao 350 - 450m (núi Chân chim) và đến 1200m (núi Ba Vì), độ dốc> 30o
1 Sƣờn xâm thực bóc mịn cao 75 - 200m (núi Chân chim)
và >40m (núi Ba Vì), độ dốc >200
Sƣờn rửa trơi bề mặt-tích tụ deluvi, cao 20 - 100m, độ dốc 8-150
Sƣờn rửa trôi bề mặt,cao 200 - 300m, độ dốc 15 - 200 Sƣờn rửa trôi bề mặt, cao 40 - 80m, độ dốc 10 - 150
Bề mặt bóc mịn sau pediment hóa, xâm thực - tích tụ, bằng phẳng, có những gị nhỏ lƣợn sóng thoải III.Địa hình nguồn gốc dịng chảy Bề mặt tích tụ hỗn hợp sơng - lũ tuổi Q12-1 1 Thềm sông bậc II tuổi Pleistocen giữa - muộn, Q12-1
Thềm sông bậc I, tuổi Pleistosen giữa-muộn,Q11: Cao 12 - 14m, bảo tồn tốt. Cao <10m, bị chia cắt mạnh. Dạng những mảnh sót bóc mịn cao 5 - 6m. Vạt tích tụ lũ tích, sƣờn tích trẻ - Q23
.
2
Bãi bồi trong đê, Bãi bồi cao ven lòng, cao 6 - 7m (khu Ba vì >10m), tuổi Holocen giữa - muộn
3
Bãi bồi trong đê, Bãi bồi trũng trung tâm, cao 4 - 4.5m với những dịng chảy và lạch thốt lũ
4 Bãi bồi ngoài đê, bãi bồi cao, cao gần 10m, tuổi Holocen
muộn (đoạn sơng bình thƣờng)
Nguồn gốc địa hình
Đơn vị địa mạo Khả năng
hóa lỏng (***) Bãi bồi ngồi đê, Bãi bồi ven lòng nguyên là những bãi
nổi cũ (đảo trôi) tuổi Holocen không phân chia, cao 7 - 8m (đoạn khơng phân nhánh)
4
Bãi bồi ngồi đê, bãi nổi tuổi Holocen muộn Lịng sơng cổ, lịng sơng cổ và hồ móng ngựa
4 Lịng sơng cổ, hồ và lạch chân bãi bồi và bãi nổi cũ, tuổi
Holocen
Lịng sơng hiện đại
Máng xói xâm thực - tích tụ tuổi Pleistocen muộn- Holocen
2
Bề mặt tích tụ hồ - đầm lầy, tuổi Pleistocen muộn- Holocen Q12 - Q2
3
Bề mặt tích tụ sơng - đầm lầy dọc máng trũng cổ, tuổi Holocen giữa muộn Q22-1
4
Bề mặt tích tụ sơng - hồ - đầm lầy tuổi Holocen muộn Q21 Bề mặt đáy suối tích tụ hiện đại đa nguồn gốc
IV.Địa hình nguồn gốc sơng - biển
Địa hình nguồn gốc sông - biển. Đồng bằng ô trũng tàn dƣ của châu thổ đầu Holocen Q22-1
3
V.Địa hình nguồn gốc karst
Địa hình nguồn gốc Karst. Dãy núi đá vơi karst nhiệt đới với những núi sót dạng tháp và dạng nón
1
Núi và nhóm núi đá vơi sót trên đồng bằng
Cánh đồng Krast ven rìa ngập nƣớc 2
(
***)1-Khơng có khả năng hóa lỏng ; 2- khả năng hóa lỏng thấp; 3- Khả năng hóa lỏng trung bình ; 4- Khả năng hóa lỏng cao.
Hình 3.6 chỉ ra rằng theo đặc điểm địa mạo thì khả năng hóa lỏng của đất nền tại Hà Nội nhìn tổng quát vẫn ở mức trung bình. Đáng chú ý là ở hình 3.6 so với hình 3.5 khu vực có khả năng hóa lỏng cao nhiều hơn, ngồi các vùng sơng, hồ đầm lầy giống nhau, thì những vùng bãi bồi ngồi đê, bãi bồi thấp, các bề mặt đáy suối tích tụ hiện đại trên hình 3.6 đƣợc nhóm vào cùng loại đất đá nhạy cảm cao với
hóa lỏng, kéo dài từ bắc tới nam địa phận Hà Nội, và hầu nhƣ tồn bộ huyện Thanh Trì, huyện Gia Lâm. Phạm vi nhạy cảm thấp, khơng có khả năng hóa lỏng trên hình 3.6 cũng tập trung chính ở hai phần đơng bắc và tây bắc thành phố nhƣng đã mở rộng phạm vi hơn so với trên hình 3.5 ở dải nhỏ kéo dọc phía tây thành phố, phần đơng bắc lan rộng xuống phía nam chiếm gần nhƣ tồn bộ huyện Sóc Sơn, đây là những vùng núi đá vôi, đá phiến cứng, những vùng đất cao của các bậc thềm phù sa, pediment cổ đã bị bạc màu do bị xói mịn rửa trơi lâu dài, chúng có nền móng vững chắc.
3.3.3. Đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền cho khu vực thành phố Hà Nội theo đặc điểm địa chất và địa mạo Nội theo đặc điểm địa chất và địa mạo
Khi xem xét về vai trò đóng góp của thạch học và địa mạo vào khả năng hóa lỏng nền, một số nhà khoa học đã nhận thấy: thạch học đóng vai trị chính, giữ trọng số cao hơn do đó trọng số đƣợc gán cho đối tƣợng thạch học là 60%, và 40% cho đối tƣợng địa mạo [54]. Theo nguyên tắc gán trọng số này, các bản đồ khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền lớp đơn vị thạch học (hình 3.5) và các đơn vị địa mạo (hình 3.6) đƣợc tích hợp trong mơi trƣờng GIS, từ đó xây dựng đƣợc bản đồ khả năng hóa lỏng nền của Hà Nội dựa trên tổ hợp các đặc điểm địa chất và địa mạo nhƣ hình 3.7.
Hình 3.7. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền tại khu vực thành phố Hà Nội theo đặc điểm địa chất và địa mạo.
Sau khi tổ hợp khả năng hóa lỏng nền dựa trên cả đặc điểm địa chất và địa mạo nhƣ trong hình 3.7 cho thấy những vùng có khả năng hóa lỏng trung bình vẫn chiếm ƣu thế tồn vùng Hà Nội. Nhìn sơ bộ có nhiều nét tƣơng đồng giữa hình 3.7 (khả năng hóa lỏng dựa tổ hợp hai đặc điểm địa chất và địa mạo) với hình 3.5 (khả năng hóa lỏng theo đặc điểm địa chất) hơn so với hình 3.6 (khả năng hóa lỏng theo đặc điểm địa mạo), điều này hoàn toàn dễ hiểu bởi nguyên tắc xếp hạng trọng số cho sự đóng góp của địa chất, địa mạo với khả năng hóa lỏng của nền. Sự khác biệt nhỏ giữa hình 3.7 và hình 3.5 là ở phần rìa phía tây thành phố, và khu vực tây bắc, trong khi ở hình 3.5 phạm vi khơng có khả hóa lỏng ít hơn, tồn tại một vài dải đất đá rất nhỏ hẹp có khả năng hóa lỏng cao thì ở bản đồ số 3.7 khu vực này khơng có dấu hiệu hóa lỏng cao. Sự khác biệt thấy rõ giữa hình 3.6 và hình 3.5, những vùng có khả năng hóa lỏng cao, và vùng khơng có khả năng hóa lỏng ở hình 3.7 hẹp hơn nhiều so với ở hình 3.6. Một điểm cũng cần lƣu ý, với bản đồ địa mạo tỷ lệ 1:320000 kém chi tiết hơn so với bản đồ phân bố thạch học tỷ lệ 1:25 000 dẫn đến độ tin cậy không đồng đều giữa hai kết quả, rõ ràng bản đồ khả năng hóa lỏng xác định đƣợc theo đặc trƣng địa chất tốt hơn so với bản đồ khả năng nhạy cảm hóa lỏng xác định theo đặc điểm địa mạo, nhƣng điều này không ảnh hƣởng nhiều đến độ tin cậy của kết quả cuối cùng với nguyên tắc gán trọng số nhƣ trên. Các đặc trƣng địa mạo có vai trị rõ hơn đối với khả năng hóa lỏng sau tổ hợp ở những khu vực có địa hình cao, nguồn gốc bóc mịn.
Nhƣ vậy, bằng việc sử dụng các thông tin về địa chất và địa mạo của Hà Nội đã đƣợc công bố, việc đánh giá khả năng hóa lỏng nền đã lần lƣợt đƣợc thực hiện dựa vào các phƣơng pháp của Youd & Perkins (1978) và Iwasaki et al. (1982). Các
bản đồ thu đƣợc về khả năng hóa lỏng theo đặc điểm thạch học bề mặt (hình 3.5) và theo đặc điểm địa mạo (hình 3.6) đƣợc tổ hợp trong mơi trƣờng GIS với trọng số 60% và 40% tƣơng ứng, cho bản đồ kết quả cuối cùng về đánh giá mức độ nhạy cảm với hóa lỏng của thành phố Hà Nội (hình 3.7).
Bản đồ kết quả cho thấy khả năng hóa lỏng nền của thành phố đƣợc chia thành bốn cấp: cao, trung bình, thấp và khơng có khả năng hóa lỏng. Vùng có khả năng hóa lỏng cao tập trung dọc theo sông Hồng, rải rác một số dải nhỏ hẹp trong nội thành, đây là các khu vực trầm tích trẻ tuổi Holocene muộn chứa thành phần cát, cát hạt mịn lẫn bột sét màu xám đen, chứa mùn thực vật, bùn xám nâu mực nƣớc ngầm cao, là các vùng sông, hồ, đầm lầy và các vùng đồng bằng phù sa nông của các đơn vị địa mạo. Vùng có khả năng hóa lỏng trung bình chiếm gần hết diện tích tồn thành phố, trải rộng hai bên sơng Hồng, gồm các đơn vị thạch học đất sét, bột sét, cát, bột cát tuổi Holocen, các đơn vị địa mạo của vùng đồng bằng nguồn gốc sông, biển và đồng bằng phù sa bãi bồi. Vùng núi phía Tây Bắc và một chỏm phía Đơng Bắc thành phố rơi vào vùng khơng có khả năng hóa lỏng hay khả năng hóa lỏng thấp, những khu vực này đƣợc bao phủ bởi sét kết, cát kết, đá cứng nguồn gốc bóc mịn đây là vùng thốt khỏi mối nguy hóa lỏng trong thành phố. Các tịa nhà và các đƣờng ống rơi vào vùng có khả năng hóa lỏng trung bình và cao dễ bị tổn thƣơng và thiệt hại do sự dịch chuyển ngang của nền.
3.4. Kết luận chƣơng 3
Trong chƣơng này, phƣơng pháp mới đƣợc áp dụng cho phép sử dụng tổ hợp các đặc điểm địa chất và địa mạo trong đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền
khu vực thành phố Hà Nội. Kết quả chỉ ra các vùng có khả năng nhạy cảm khác nhau đối với hiện tƣợng hóa lỏng nền trong động đất. Đối với các quận huyện nội thành của thành phố Hà Nội, đất đá có mức độ nhạy cảm với hóa lỏng từ trung bình đến cao và là vùng dễ bị tổn thƣơng nhất với hiện tƣợng này so với toàn bộ khu vực thành phố Hà Nội.
Bản đồ kết quả hiển thị các khu vực có rủi ro hóa lỏng trong động đất tƣơng lai và s đƣợc dùng nhƣ một hƣớng dẫn những nơi cần tiến hành các nghiên cứu nhiều hơn về khả năng hóa lỏng. Khả năng nhạy cảm với hóa lỏng
chỉ là một hàm định tính của đặc điểm địa chất và địa mạo hình thái vị trí, nó độc
lập với tính địa chấn của khu vực [122]. Do việc phân vùng chỉ có thể đƣợc coi nhƣ là mức ban đầu, nhiệm vụ của nghiên cứu tiếp theo là đƣa thêm các yếu tố khác nhƣ tính địa chấn, thông tin địa kỹ thuật tại chỗ để có thể đánh giá định lƣợng khả năng hóa lỏng nền khu vực.
Bản đồ nhạy cảm hóa lỏng nền kiểu này rất hữu ích cho việc đánh giá các
vùng gần đúng bị ảnh hƣởng bởi các mối nguy hiểm và cho việc lập kế hoạch
phòng chống thảm họa. Đối với các kỹ sƣ xây dựng, các kỹ sƣ địa kỹ thuật, bản đồ này dùng để xác định những khu vực ở đó khả năng và hậu quả của hóa lỏng cần đƣợc đánh giá khi thiết kế các cơ sở xây dựng mới và phục hồi cơ sở hiện
có. Bản đồ kết quả giúp các kỹ sƣ, các nhà khoa học và các nhà hoạch định có
cái nhìn tổng quan về khả năng hóa lỏng của Hà Nội, nhƣ các thơng tin ban đầu
Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM HÓA LỎNG NỀN DO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Các kết quả đánh giá nêu trên về mức độ nhạy cảm hóa lỏng nền khu vực Hà Nội đã cho thấy nguy cơ tiềm ẩn về khả năng hóa lỏng do động đất tại các quận, huyện nội thành thành phố Hà Nội là hiện hữu, làm cơ sở cho việc tiến hành đánh giá chi tiết, định lƣợng về nguy hiểm hóa lỏng nền cho khu vực này.
Trong chƣơng này trình bày phƣơng pháp luận, quy trình đánh giá nguy hiểm hóa lỏng nền, trong đó có sự kết hợp cả các yếu tố địa chấn và địa kỹ thuật. Đây là một tổ hợp các phƣơng pháp hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới [63, 65, 68, 70, 71, 99,,…]. Để đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất, các kịch bản động đất hiện thực đƣợc xây dựng phục vụ cho các tính tốn, và kết quả đƣợc trình bày dƣới dạng tập bản đồ xác suất hóa lỏng nền khu vực nội thành thành phố Hà Nội.
4.1. Phƣơng pháp đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất
Cách tiếp cận phổ biến nhất trong phân tích xác định khả năng hóa lỏng nền là sử dụng thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) [106, 110]. Các phân tích dựa vào phƣơng pháp đƣợc đề xuất bởi Seed & Idriss từ năm 1971 đƣợc biết đến dƣới tên gọi “quy trình giản lƣợc” và đƣợc nhiều tác giả bổ sung, hoàn thiện [106, 130]. Đây là phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng nhất để đánh giá khả năng hóa lỏng của một lớp đất theo hệ số an tồn kháng hóa lỏng FS (dƣới đây gọi tắt là hệ số FS). Theo đó, nếu đất có hệ số FS<1 đƣợc xác định là có khả năng hóa lỏng trong động đất và ngƣợc lại nếu hệ số FS ≥1 đất khơng có khả năng hóa lỏng. Hệ số an tồn kháng hóa lỏng FS cho thấy khả năng hóa lỏng của một lớp đất ở độ sâu z nhƣng không cho thấy mức độ hóa lỏng ở bề mặt tại vị trí quan tâm.
Để khắc phục đƣợc hạn chế này Iwasaki et al. (1982) đã đề xuất sử dụng thang đo chỉ số khả năng hóa lỏng. Các chỉ số LPI có mối tƣơng quan tỷ lệ với chiều dày của lớp trầm tích có khả năng hóa lỏng, chiều dày của lớp trầm tích
dựng thang đo chỉ số khả năng hóa lỏng (gọi tắt là thang LPI), Iwasaki et al. (1982) đã sử dụng các số liệu thí nghiệm kháng xuyên tiêu chuẩn (SPT) tại 87 lỗ khoan nằm trong các khu vực có quan sát thấy và khơng quan sát thấy hiện tƣợng hóa lỏng nền sau động đất ở Nhật Bản và so sánh các kết quả này với những thiệt hại do động đất gây ra. Theo thang LPI của Iwasaki et al. (1982), khả năng hóa lỏng nền tại một điểm đƣợc đánh giá là cao khi giá trị LPI tại điểm đó dao động trong khoảng từ 5 đến 15 và thấp khi giá trị LPI dao động trong khoảng từ 0 đến 5. Tƣơng ứng, khả năng hóa lỏng nền đƣợc coi là rất thấp khi LPI có giá trị bằng 0 và rất cao khi LPI có giá trị lớn hơn 15.
Thang LPI sau đó đƣợc nhiều tác giả khác nhau hiệu chỉnh để thuận tiện cho việc áp dụng. Luna & Frost (1998) và Sonmez (2003) đề xuất bổ sung các khoảng giá trị tƣơng ứng với khả năng hóa lỏng nền trung bình và khơng hóa lỏng. Thang LPI có ƣu điểm là cho phép đánh giá định lƣợng khả năng phát sinh hóa lỏng nền do động đất tại một điểm thông qua việc gán một giá trị cụ thể cho tồn bộ cột trầm tích tại điểm đó, thay vì phải sử dụng cả tập hệ số FS cho mỗi lớp trầm tích đơn lẻ trong tồn bộ cột trầm tích.
Phƣơng pháp LPI là một phƣơng pháp đƣợc xây dựng dựa vào số liệu thống kê, do đó việc áp dụng đƣợc cho là phù hợp hơn ở những nơi đƣợc dự báo là có khả năng xảy ra hóa lỏng cao, tuy nhiên điều này cũng có thể dẫn tới những kết quả dự đoán cao hơn mức hiện thực. Hiệu suất của phƣơng pháp thực sự đƣợc cải thiện đáng kể khi sử dụng một ngƣỡng dựa trên xác suất tƣơng ứng hơn là dựa trực tiếp trên các giá trị LPI [72, 81]. Chính nhờ ƣu điểm này mà phƣơng pháp luận đánh giá khả năng hóa lỏng nền theo xác suất dựa trên chỉ số LPI đƣợc áp dụng rất hiệu quả trong việc thành lập các bản đồ nguy hiểm hóa lỏng nền. Các bản đồ này biểu thị những vùng có khả năng hóa lỏng nền khác nhau trong phạm vi khu vực nghiên cứu và có thể đƣợc sử dụng cho các mục đích lập kế hoạch và quản lý rủi ro đơ thị. Cho đến nay, đã có nhiều bản đồ nguy hiểm hóa lỏng nền đƣợc thành lập bởi nhiều tác giả cho các thành phố và khu vực đô thị khác nhau trên thế giới nhƣ thành phố Dhaka, Bangladesh [33], bang California, Mỹ [58], thành phố Inegol, Thổ Nhĩ Kỳ