Xác định độ sâu mặt trượt bằng phương pháp đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý của đất trong thân khối trượt

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 25 XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU MẶT TRƯỢT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT TRONG THÂN KHỐI TRƯỢT NGUYỄN QUỐC THÀNH*, VY THỊ HỒNG LIÊN, NGUYỄN TRUNG KIÊN, TRẦN VĂN PHONG Determining the depth of landslide surface by assessing the variation of some phisico-mechanical parameters of soils in the landslide mass Abstract: Determining the depth of landslide surface is an principal problem of landslide study projects for the purpose of predicting the stability of landslide mass. For this, there are some methods putting in the practice. The paper presents results of determining the depth of landslide surface by assessing the variation of some phisico- mechanical parameters of soils in the landslide mass. In comparison with some other, the results are considered acceptable. MỞ ĐẦU* Việc xác định độ sâu của mặt trƣợt là một trong các nhiệm vụ chính trong nghiên cứu chi tiết độ nguy hiểm trƣợt và đƣa ra các giải pháp phòng chống trƣợt. Đã có rất nhiều phƣơng pháp xác định độ sâu mặt trƣợt đƣợc sử dụng trong thực tế. Bài báo đƣa ra cách xác định độ sâu mặt trƣợt thông qua đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý của đất theo chiều sâu trong thân khối trƣợt (lấy ví dụ cho khối trƣợt trung tâm thị trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang). 1. Các phƣơng pháp xác định mặt trƣợt Mặt trƣợt là bề mặt mà ở đó các khối đất đá trƣợt tách ra và dịch chuyển xuống dƣới thấp. Mặt trƣợt là dấu hiệu để nhận biết hiện tƣợng trƣợt (hình 1). Mặt trƣợt thực tế là một đới phá hủy của đất đá trong lòng mái dốc. Có nhiều cách để xác định mặt trƣợt hiện nay đang sử dụng: * Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Tác giả liên hệ: thanhnqdc55@gmail.com Hình 1: Cấu trúc kh i tr ợt (theo D.J. VARNES 1978)  Xác định mặt trƣợt bằng phần mềm Geoslope: Phần mềm GEO-SLOPE là phần mềm phổ biến dùng để tính ổn định cho khối trƣợt. Phần mềm dùng các phƣơng pháp khác nhau trong kiểm toán trƣợt: Bishop, Janbu, Ordinary để xác định hệ số ổn định trƣợt F, từ đấy chỉ ra mặt trƣợt nguy hiểm. Việc sử dụng phần mềm này để tìm mặt trƣợt yêu cầu phải có công cụ, số liệu đầu vào và kỹ năng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 26 sử dụng phần mềm thành thạo, vì vậy tốn nhiều thời gian và kinh phí.  Xác định mặt trƣợt qua công tác khoan khảo sát ĐCCT trên thân khối trƣợt: Tiến hành khoan khảo sát ĐCCT trên thân của khối trƣợt và lấy mẫu liên tục để xác định chỉ tiêu cơ lý đất đá đồng thời đánh giá mức độ phá hoại của mẫu, tìm ra độ sâu mà ở đó đất đá bị phá hủy mạnh. Đây chính là mặt trƣợt của khối trƣợt.  Xác định mặt trƣợt bằng thiết bị đo dịch chuyển ngang inclometer Thiết bị đo dịch chuyển ngang inclometer dùng để đo tốc độ dịch chuyển của đất đá tại các độ sâu khác nhau bằng cách quan trắc độ nghiêng tại các đoạn của một ống vách đƣợc lắp đặt trong một hố khoan đặt trong thân của khối trƣợt. Đáy của ống vách đƣợc đặt vào độ sâu ổn định, nằm dƣới mặt trƣợt. Khi dịch chuyển trƣợt xuất hiện, khối đất bên trên của mặt trƣợt sẽ dịch trƣợt theo mái dốc gây ra biến dạng ống vách, làm thay đổi độ nghiêng của ống vách với các mức độ khác nhau. Cho tới nay, việc xác định độ sâu mặt trƣợt bằng inclometer có tính chính xác cao nhất tuy nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là cần nhiều thời gian để lắp đặt thiết bị và thu thập số liệu, giá thành của máy móc đắt đỏ. èng v¸ch tr-íc khi tr-ît èng v¸ch sau khi tr-ît BÒ mÆt ®Þa h×nh MÆt tr-ît Hình 2: Tương tác gữa ống vách đo chuyển vị ngang và dịch trượt dưới nền đất 2. Xác định độ sâu mặt trƣợt bằng phƣơng pháp đánh giá sự biến đổi của chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu (ví dụ xác định độ sâu mặt trƣợt cho khối trƣợt Trung tâm thị trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang) Khối trƣợt Trung Tâm nằm trong khu dân cƣ thị trấn Cốc Pài, bên cạnh UBND huyện Xín Mần. Đỉnh của khối trƣợt nằm trên taluy đƣờng giao thông liên xã phía trên của đài tƣởng niệm liệt sĩ huyện Xín Mần. Khu vực đài tƣởng niệm liệt sĩ là trung tâm của khối trƣợt. Đây là một khối trƣợt kích thƣớc lớn, kích thƣớc: dài 500m, rộng khoảng 250m và cao 100m, dịch chuyển mạnh vào mùa mƣa. Hiện tƣợng trƣợt xảy ra trong lớp vỏ phong hóa sƣờn - tàn tích. Địa hình dốc thoải khoảng 150 - 250. Hình 3: Mặt bằng khu vực kh i tr ợt Trung tâm ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 27 Công tác khảo sát địa chất công trình xác định đƣợc 5 lớp đất: Lớp1: Lớp đất lấp. Phân bố trên cùng, có bề dày nhỏ và biến đổi từ 0- 3,8m. Thành phần đất lấp là sét pha lẫn dăm sạn, mảnh vụn, phế thải, mùn thực vật v.v không có ý nghĩa xây dựng. Lớp 2: Lớp sét pha xám ghi, xám vàng nửa cứng đến cứng . Đây là sản phẩm phong phóa hoàn toàn từ đá phiến xericit-clorit. Lớp này phân bố ở hầu hết các hố khoan. Đất chủ yếu có màu xám ghi, xám vàng, hoặc xám xanh, trên bề mặt thƣờng có ánh mica, cấu tạo vi lớp rõ đến không rõ. Có mẫu chứa ít sạn, có mẫu không sạn, đôi khi gặp ổ ôxít sắt màu đen. Lớp 3: Lớp sét pha lẫn dăm sạn trạng thái cứng màu xám ghi, xám vàng phong hóa từ đá phiến Sericit-clorit. Lớp này phân bố ở tất cả các hố khoan, nằm dƣới lớp 1 và lớp 2. Đất màu xám ghi, xám vàng có khi xám xanh, mặt có ánh mica, cấu tạo vi lớp. Đất là sét pha chứa nhiều bụi, có tính trƣơng nở ít, tan rã nhanh. Các đặc trƣng về thành phần hạt và chỉ tiêu vật lý biến đổi không nhiều. Đất tuy khá chặt, trạng thái từ nửa cứng đến cứng, nhƣng sức chống cắt thấp. Lớp 4: Đá phiến sericit-clorit phong hóa nứt nẻ dập vỡ mạnh, xám ghi, xám đen (đới đá phong hóa trung bình). Lớp 5: Đá phiến sericit-clorit phong hóa nứt nẻ trung bình, màu xám ghi, xám sáng (đới đá phong hóa nhẹ). Vào mùa mƣa, trên thân khối trƣợt quan sát thấy nƣớc chảy từ miệng hố khoan khảo sát số 3 (HK3). Hình 4: Mặt cắt ĐCCT qua các h khoan HK1, HK2,HK4 và HK3 Mặt trƣợt là đới phá hủy của đất đá trong thân khối trƣợt, ở đây độ bền của đất có sự thay đổi rõ rệt, chỉ tiêu cơ học của đất đá là lực dính kết của đất C, góc ma sát trong  suy giảm, độ ẩm W tăng cao do sự có mặt của nƣớc. Thiết lập biểu đồ sự biến đổi của các chỉ tiêu trên theo độ sâu, cho phép xác định đƣợc đới phá hủy trong khối đất và đó chính là mặt ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 28 trƣợt. Thiết lập sự biến đổi theo chiều sâu của độ ẩm W (%), lực dính kết C, góc ma sát trong  tại hố khoan HK2, HK5, HK4 và HK3 ngay trên thân khối trƣợt cho kết quả khá rõ sự hình thành mặt yếu tạo nên mặt trƣợt (hình 5, 6,7 và 8). Ở đây, kết cấu của đất đã bị phá hoại; có sự lƣu thong của nƣớc làm độ ẩm gia tăng đáng kể, trong khi lực dính kết C và góc ma sát trong  lại giảm về giá trị gần nhƣ nhỏ nhất . Hình 5. Biểu đồ sự biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 2 Hố khoan 2 và hố khoan 5 nằm cùng cao độ và cách nhau 100m, thiết lập sự biến đổi theo chiều sâu của độ ẩm W (%); lực dính kết C; góc ma sát trong cho kết quả khá tƣơng đồng. Hình 6. Biểu đồ biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 5 Trên hình 5a độ ẩm đạt giá trị lớn nhất là 35% ở độ sâu khoảng 8m, hình 5b góc ma sát trong đạt giá trị nhỏ nhất ở độ sâu 9-11m; trong hình 5c lực dính kết đạt giá trị nhỏ nhất ở độ sâu trong khoảng 9 - 11m và đới này có thể coi là mặt trƣợt. Chỉ tiêu độ ẩm tăng cao trong đới xung yếu có thể giải thích đƣợc vai trò quan trọng của nƣớc ngầm trong quá trình hình thành và phát triển trƣợt ở đây. Tƣơng tự nhƣ vậy, trên các hình 7 và hình 8 dƣới đây, dựa vào giá trị lớn nhất của W, nhỏ nhất của góc ma sát trong và lực dính kết, có thể xác định đƣợc vị trí mặt trƣợt tại HK4 là từ 8-11m và tại HK3 là 5m. a) b) c) a) b) c) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 29 Hình 7. Biểu đồ biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 4 Hình 8. Biểu đồ biến đổi: a) độ ẩm; b) góc ma sát trong và c) lực kết dính theo chiều sâu t i h khoan 3 Nhƣ vậy, có thể xác định đƣợc vị trí mặt trƣợt thông qua sự biến đổi tính chất cơ lý của đất đá trong suốt chiều sâu hố khoan. Ở đây, mặt trƣợt đƣợc xác định nhờ nối các điểm mà mặt trƣợt đi qua. Chiều sâu của mặt trƣợt trong HK2 là 9- 11m, HK5 là 8- 11m, HK4 là 8- 11m và HK3 là 5m. Khi đã xác định đƣợc độ sâu của mặt trƣợt cho phép đề xuất sơ đồ kiểm toán và chọn đƣợc các biện pháp công trình để giảm ứng suất cắt, hoặc tăng sức chống cắt hoặc tác động đồng thời. 3. Kiểm tra kết quả xác định độ sâu mặt trƣợt bằng các phƣơng pháp khác  Kiểm tra lại việc xác định độ sâu mặt trƣợt bằng phần mềm Geo slope a) b) c) a qu ot e fro m th e do cu m en t or th e su m m ar y of an ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 30 1.414 HK 4 HK 3 HK 2 HK 1 Lop 1 Lop 2 Lop 3 Lop 4 Lop 5 Khoang cach (m) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 C a o d o ( m ) 415 420 425 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 480 485 490 495 500 505 510 Hình 9. Mặt cắt dùng để kiểm toán kh i tr ợt Kết quả tính cho thấy, ở điều kiện khô tự nhiên khối trƣợt ổn định với hệ số an toàn Fs thay đổi từ 1,412 (Ordinary) và 1,414 (Janbu) tới 1,549 (Bishop). Độ sâu của mặt trƣợt tại HK2 là 11m, HK4 là 11m và HK3 là 5m.  Kiểm tra lại việc xác định độ sâu mặt trƣợt bằng thiết bị đo chuyển vị ngang Trục A: Hƣớng dịch chuyển trƣợt Trục B: Hƣớng vuông góc dịch chuyển trƣợt Hình 10. Đồ thị dịch chuyển lũy tích h khoan quan trắc kh i tr ợt Trung tâm ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 31 Từ đồ thị đo chuyển chuyển vị ngang trên đây, có thể nhận ra độ sâu của đới phá hủy ở khoảng 8- 12m. Nhƣ vậy, kết quả xác định độ sâu mặt trƣợt theo Geo slope và theo thiết bị đo chuyển vị ngang tƣơng tự với kết quả của việc xác định độ sâu mặt trƣợt bằng đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý của đất theo chiều sâu. Theo Geoslope độ sâu mặt trƣợt tại HK2 là 11m, HK4 là 11m và HK3 là 5m; theo thiết bị inclometer độ sâu mặt trƣợt là 8- 12m; còn theo đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý theo chiều sâu tại HK2 là 9- 11m, HK5 là 8- 11m, HK4 là 8- 11m và HK3 là 5m. Việc sử dụng phƣơng pháp đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu để xác định độ sâu mặt trƣợt là khả thi. KẾT LUẬN 1. Xác định độ sâu mặt trƣợt là cần thiết trong nghiên cứu tai biến trƣợt lở ở tỷ lệ lớn và chi tiết. 2. Việc xác định độ sâu mặt trƣợt bằng phƣơng pháp đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu trong thân khối trƣợt là khả thi và có kết quả tƣơng đối chính xác. Kết quả tính đã đƣợc kiểm tra độ chính xác bằng các phƣơng pháp xác định độ sâu mặt trƣợt phổ biến hiện nay. 3. So với các phƣơng pháp khác, xác định độ sâu mặt trƣợt bằng phƣơng pháp đánh giá sự biến đổi chỉ tiêu cơ lý đất theo chiều sâu có ƣu điểm là đơn giản, nhanh gọn, thuận tiện cho việc đánh giá sơ bộ độ nguy hiểm của khối trƣợt. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Geologie inginereasca (1981), NXB kỹ thuật Bucaret. 2. Trần Trọng Huệ và nnk (2010), Nghiên cứu đánh giá và dự báo chi tiết hiện t ợng tr ợt - lở và xây dựng các giải pháp phòng ch ng cho thị trấn C c Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang - mã số KC.08/06-10, Đề tài độc lập cấp nhà nƣớc. 3. Nguyễn Quốc Thành và nnk. (2005), Tính chất chu kỳ của hiện t ợng dịch chuyển các kh i đất đá ở một s nơi thuộc miền núi Bắc Bộ, Đề tài cấp Viện Địa chất-VKH & CN Việt Nam. 4. Nguyễn Quốc Thành và nnk. (2008), Nghiên cứu xây dựng hệ th ng quan trắc cảnh báo tr ợt đất ở các vùng tr ng điểm (khu vực thành ph Hoà Bình), Đề tài cấp VKHCN Việt Nam. 5. LEE W.ABRAMSON, THOMAS. S. LEE (2002), Slope Stability and Stabilization Methods, John Wiley & Sons, Inc-New York. Ng i phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG