Tài liệu Nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi quảng trị thừa thiên huế, đề xuất phương pháp dự báo và phòng chống phù hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THANH NHÀN NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG DỊCH CHUYỂN ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC VÙNG ĐỒI NÚI QUẢNG TRỊ THỪA THIÊN HUẾ, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO VÀ PHÒNG CHỐNG PHÙ HỢP LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ THANH NHÀN NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG DỊCH CHUYỂN ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC VÙNG ĐỒI NÚI QUẢNG TRỊ - THỪA THIÊN HUẾ, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO VÀ PHÒNG CHỐNG PHÙ HỢP Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 62.52.05.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Tạ Đức Thịnh 2. GS. TSKH. Nguyễn Thanh HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh Nhàn MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các bảng biểu, hình vẽ, ảnh và phụ lục MỞ ĐẦU Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG DỊCH CHUYỂN ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC, MÁI DỐC 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc trên thế giới 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc ở Việt Nam Chương 2. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN - KỸ THUẬT VÙNG ĐỒI NÚI QUẢNG TRỊ - THỪA THIÊN HUẾ 1 8 8 14 21 2.1. Đặc điểm chế độ khí hậu, thuỷ văn vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế 21 2.2. Cấu trúc địa chất vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế 26 2.3. Đặc điểm phong hóa và tính chất cơ lý của đất đá cấu tạo các đới, phụ đới phong hóa. 2.4. Đặc điểm địa chất thủy văn vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. 2.5. Đặc điểm địa hình - địa mạo và lớp phủ thực vật vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế 2.6. Hoạt động kinh tế - xây dựng công trình 35 40 42 46 Chương 3. NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH DỊCH CHUYỂN ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC, MÁI DỐC VÙNG ĐỒI NÚI QUẢNG TRỊ - THỪA THIÊN HUẾ 54 3.1. Hiện trạng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi và mái dốc công trình vùng nghiên cứu 3.2. Nguyên nhân phát sinh và điều kiện phát triển các quá trình dịch chuyển đất đá trên SD, MD 3.3 Cơ chế, động lực và quy luật hình thành, phát triển các quá trình dịch chuyển đất đá trên SD, MD 3.4. Đề xuất phương pháp phân loại quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Chương 4. DỰ BÁO NGUY CƠ PHÁT SINH TRƯỢT LỞ ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC, MÁI DỐC VÙNG ĐỒI NÚI QUẢNG TRỊ - THỪA THIÊN HUẾ 4.1. Mục đích dự báo các quá trình trượt lở đất đá trên sườn dốc, mái dốc 4.2. Khái quát về các phương pháp dự báo quá trình trượt lở đất đá trên SD, MD trên thế giới và ở nước ta 4.3. Lựa chọn phương pháp dự báo 4.4. Xây dựng bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế 54 62 71 78 83 83 83 84 85 Chương 5. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG DỊCH CHUYỂN ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC, MÁI DỐC VÙNG ĐỒI NÚI QUẢNG TRỊ - 117 THỪA THIÊN HUẾ. 5.1. Đánh giá chung về hiệu quả các giải pháp phòng chống dịch chuyển đất đá trên sườn dốc đã ứng dụng ở vùng đồi núi nghiên cứu 5.2. Kiến nghị các giải pháp phòng chống dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 118 121 137 139 141 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu  Đơn vị đo lường g/cm3 3 Giải thích Khối lượng riêng w g/cm Khối lượng riêng của nước c g/cm3 Khối lượng thể tích khô đn g/cm3 Khối lượng thể tích đẩy nổi của đất tb g/cm3 Khối lượng thể tích trung bình W % w g/cm3 Ctn T/m 2 tn độ Góc nội ma sát ở điều kiện tự nhiên Wbh % Độ ẩm bảo hoà bh g/cm3 Khối lượng thể tích ở điều kiện bảo hoà Cbh T/m2 Lực dính kết ở điều kiện bảo hoà bh độ Góc nội ma sát ở điều kiện bảo hoà G % Độ bảo hoà Độ ẩm tự nhiên e0 Khối lượng thể tích tự nhiên Lực dính kết ở điều kiện tự nhiên Hệ số rỗng tự nhiên n % Độ lỗ rỗng a1-2 2 Hệ số nén lún cm /kG  Hệ số ổn định trượt tn Hệ số ổn định trượt ở điều kiện tự nhiên bh Hệ số ổn định trượt ở điều kiện bão hoà  Độ Góc dốc sườn dốc, mái dốc  Độ Góc dốc mặt trượt phẳng nằm nghiêng h m Bề dày tầng phủ trung bình hw m Bề dày tầng chứa nước K cm/s H m Hệ số thấm Chiều cao sườn dốc, mái dốc l m Chiều dài mặt trượt b m Chiều rộng mặt trượt, hoặc bậc thang a bề dày lát cắt của lăng thể trượt T Tấn, kG Lực tiếp tuyến N Tấn, kG Lực pháp tuyến Aw Tấn, kG Áp lực thủy tĩnh Dw Tấn, kG Áp lực thuỷ động J Độ dốc thủy lực dòng ngầm A Tấn, kG, N Tổng ứng lực giữ, chống cắt B Tấn, kG, N Tổng ứng lực gây trượt MN edQ - IA1 Mực nước ngầm Tàn sườn tích - phong hóa hoàn toàn IA2 Phong hóa mạnh IB Phong hóa trung bình IIA Phong hóa nhẹ IIB Đới đá tương đối nguyên vẹn ( đới đá tươi ) Mmax Cường độ tác động tương hỗ cực đại của các yếu tố. Ii Hệ số xác định tầm quan trọng của các yếu tố. Mij Cường độ tác động (mức độ ảnh hưởng) LSI Chỉ số nhạy cảm trượt lở X Cường độ tác động Wi Trọng số các yếu tố thành phần n Các lớp thành phần m Mức độ phân cấp KDDL Cường độ trượt đất đá HCM Hồ Chí Minh ATNĐ Áp thấp nhiệt đới TN - KT Tự nhiên - kỹ thuật DCĐĐ Dịch chuyển đất đá TLĐĐ Trượt lở đất đá DC Dịch chuyển BĐ PVDB NC GIS ĐCCT - ĐCTV Bản đồ Phân vùng dự báo nguy cơ Hệ thống thông tin địa lý Địa chất công trình - Địa chất thủy văn SD Sườn dốc MD Mái dốc QL Quốc lộ MT Môi trường QT - TTH TL NCS Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Tỉnh lộ Nghiên cứu sinh TB - ĐN Tây Bắc - Đông Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ASTM Tiêu chuẩn Mỹ TC TCCL Tiêu chuẩn cơ sở Tính chất cơ lý TN Tự nhiên BH Bảo hòa TB Trung bình KH & CN GTVT Khoa học và công nghệ Giao thông vận tải KT - XH Kinh tế - xã hội KT - XD Kinh tế - xây dựng XD NN & PTNN Xây dựng Nông nghiệp và phát triển nông thôn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, ẢNH VÀ PHỤ LỤC A. Danh mục các bảng biểu Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Bảng 2.9 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Số liệu mưa (mm) tại các trạm qua các năm vùng đồi núi QT- TTH Lượng mưa lớn nhất các trận kéo dài 1, 3, 5, 7 ngày Đặc trưng hình thái lưu vực sông vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất phụ đới tàn sườn tích - phong hóa hoàn toàn (edQ + IA1) Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất phụ đới phong hóa mạnh IA2 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đá đới phong hóa trung bình IB Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đá đới phong hóa nhẹ IIA Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đới đá tương đối nguyên vẹn (đới đá gần tươi) (IIB) Bảng tổng hợp diện tích và độ che phủ rừng theo huyện của tỉnh Quảng Trị và Thừa Thiên Huế Các điểm dịch chuyển đất đá trên các SD, MD vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Quan hệ giữa khối lượng đất đá trượt lở với lượng mưa năm (2000 - 2013) đường HCM khu vực đồi núi Quảng Trị -Thừa Thiên Huế Quan hệ giữa các điểm DCĐĐ theo lượng mưa TB năm Quan hệ giữa các điểm DCĐĐ và hoạt động KT - XDCT Quan hệ giữa các điểm DCĐĐ và đặc điểm địa tầng - thạch học Quan hệ giữa các điểm DCĐĐ theo chiều dày vỏ phong hoá Quan hệ giữa các điểm DCĐĐ theo độ dốc địa hình Đặc điểm phân bố các điểm DCĐĐ với loại hình dịch chuyển Phân loại các loại hình dịch chuyển đất đá vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Chọn lựa các yếu tố ảnh hưởng chính trong môi trường tự nhiên - kỹ thuật vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Các yếu tố môi trường TN - KT, tầm quan trọng Ii, cường độ tác động (mức độ ảnh hưởng) Mij của chúng trên các SD, MD công trình vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 4.5 Bảng 4.6 Bảng 4.7 Bảng 4.8 Bảng 4.9 Bảng 4.10 Bảng 4.11 Bảng 4.12 Bảng 4.13 Bảng 4.14 Bảng 4.15 Bảng 5.1 So sánh cặp đôi các yếu tố thành phần môi trường TN - KT về tầm quan trọng hơn, thua Ma trận so sánh các yếu tố MTTN - KT trên các MD vùng đồi núi QT - TTH Ma trận xác định trọng số Wi các yếu tố MTTN - KT các đoạn tuyến đường HCM và vùng kế cận thuộc vùng đồi núi Quảng Trị - TT.Huế Bảng xác định giá trị cấp mức độ ảnh hưởng và cấp độ nguy cơ của yếu tố độ dốc SD, MD đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định cấp cường độ tác động và cấp độ nguy cơ của yếu tố cường độ mưa trung bình năm đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định giá trị cường độ tác động và cấp độ ảnh hưởng của yếu tố hoạt động KT - XD các công trình đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định giá trị cấp mức độ ảnh hưởng và cấp độ nguy cơ của yếu tố thành phần thạch học, cấu trúc đất đá đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định giá trị cấp mức độ ảnh hưởng và cấp độ nguy cơ của yếu tố mật độ đứt gãy kiến tạo đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định giá trị cấp mức độ ảnh hưởng và cấp độ nguy cơ của yếu tố chiều dày, độ bền kháng cắt của đất đá phong hóa mạnh và hoàn toàn đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định cấp cường độ tác động và cấp độ nguy cơ của yếu tố lưu lượng mạch lộ đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định giá trị cấp mức độ ảnh hưởng và cấp độ nguy cơ của yếu tố lớp phủ thực vật đến tai biến trượt đất đá Bảng xác định cấp mức độ ảnh hưởng và cấp độ nguy cơ của yếu tố mật độ phân cắt sâu đến tai biến trượt đất đá Phân cấp nguy cơ trượt đất đá vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế theo chỉ số nhạy cảm trượt LSI Tóm tắt tổ hợp các giải pháp phòng chống dịch chuyển đất đá trên SD, MD vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. B. Danh mục các hình, bản đồ, sơ đồ Hình 1.1 Sơ đồ vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Hình 2.1 Bản đồ địa chất vùng đồi núi QT- TTH (tỷ lệ 1:200.000) Hình 3.1 Hình 3.2 Bản đồ hiện trạng các điểm DCĐĐ vùng đồi núi QT- TTH (Tỉ lệ: 1/50.000) Quan hệ giữa khối lượng trượt lở đất đá đường HCM nhánh Tây vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế với lượng mưa trung bình năm Hình 3.3a,b Hình 3.4 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12a Hình 4.12b Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Sơ đồ kiểm toán ổn định MD theo các mùa khô (a) và mưa bão (b). Sơ đồ tổng quát động lực phát triển quá trình trượt Sơ đồ tích hợp mô hình trọng số vào GIS để xây dựng BĐ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất đá Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá theo độ dốc Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo tác động cường độ mưa trung bình năm Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo mức độ tác động của hoạt động kinh tế - xây dựng các công trình Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo thành phần thạch học, cấu trúc đất đá Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo mật độ đứt gãy kiến tạo Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo bề dày, độ bền kháng cắt đất đá đới phong hóa mạnh và hoàn toàn Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo độ phong phú nước Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo lớp phủ thực vật Bản đồ PVDB NC trượt đất đá theo phân cắt sâu Quy trình thành lập BĐ PVDB NC trượt đất đá vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế (tỷ lệ 1:50.000) Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá trên mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế (tỷ lệ 1:50.000) Tường ốp mặt Gia cố khối đá không ổn định bằng cọc neo Tạo mái che (hành lang) ở MD của đường nửa đào để bảo vệ nền đường khỏi bị đổ đá và sụt đá đe dọa C. Danh mục ảnh Một số điểm trượt lở thườmg tái hoạt động do mưa cường độ cao kéo Ảnh 2.1 dài kết hợp các loại hình thời tiết gây mưa vùng đồi núi nghiên cứu. Ảnh 2.2 Chặt phá, đốt rừng làm rẫy Ảnh 2.3 Công trình chắn đỡ kém kiên cố, bị xô đổ và lôi cuốn theo điểm trượt Mặt cắt ĐCCT và ảnh minh họa điểm trượt tại km 280 + 050 Ảnh 3.1 Da Krông - Tà Rụt Điểm trượt có tọa độ: 16042’27’’ và 106058’, Dakrong - Quảng Trị Ảnh 3.2 giải đoán trên ảnh viễn thám Ảnh 3.3 Ảnh 3.4 Ảnh 3.5 Ảnh 3.6 Ảnh 3.7 Ảnh 3.8 Ảnh 3.9 Ảnh 5.1 Ảnh 5.2 Ảnh 5.3 Ảnh 5.4 Ảnh 5.5 Ảnh 5.6 Mặt cắt ĐCCT và ảnh minh họa điểm trượt tại km 192 + 200 Chà Lỳ - Khe Sanh Điểm trượt có tọa độ: 16045’45’’ và 106039’10’’ Hướng Lập, Hướng Hóa giải đoán trên ảnh viễn thám Mặt cắt ĐCCT và ảnh minh họa điểm trượt tại km 390 + 720 Aroàng - A Lưới. Điểm trượt có tọa độ: 16005’36’’ và 107048’50’’ ARoàng - A Lưới giải đoán trên ảnh viễn thám Mặt cắt ĐCCT và ảnh minh họa điểm trượt đèo ACo, QL 49, xã Hồng Hạ, A Lưới. Điểm trượt có tọa độ: 16020’22’’ và 107032’14’’ xã Hồng Tiến (Hương Trà) giải đoán trên ảnh viễn thám Một số hình ảnh sụt, trượt đất đá do mưa với cường độ cao, kéo dài liên tục trong nhiều ngày. Tường chắn đá hộc trong rọ và tường bêtông chống trượt tại khu vực Khe Sanh - Hướng Hóa Kè rọ đá chống trượt lở taluy âm do tác động của đá tảng, cuội, sỏi cát tại xã Hướng Lập - Khe Sanh Gia cố bằng kè rọ đá taluy dương trong tầng phong hóa mạnh J1an Dakrong - QTrị nhưng vẫn bị trượt Giải pháp tường chắn bằng bê tông bị vô hiệu hóa tại điểm trượt đèo A Co (gần Bốt Đỏ) trên QL 49, xã Hồng Hạ - A Lưới. Giải pháp xây tường chắn bê tông, taluy bậc thang và rãnh đỉnh chống trượt cục bộ kết hợp nhưng vẫn xảy ra trượt tại A Lưới. Giải pháp xây cầu cạn thoát nước, do hệ thống thoát nước không đủ lực tại QL49 đường lên Huyện A Lưới. D. Danh mục phụ lục bảng biểu Bảng 3.1 Các điểm dịch chuyển đất đá trên quốc lộ 9 và vùng kế cận Các điểm dịch chuyển đất đá vùng gò đồi bao quanh đường Hồ Bảng 3.2 Chí Minh nhánh Đông (Vĩnh Khê - Cam Lộ) Trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh nhánh Tây và vùng núi phía Bảng 3.3 Tây Quảng Trị (Da Krông - Tà Rụt) Bảng 3.4 Trượt đất đá khu vực Khe Sanh - Chà Lỳ Trượt đất đá trên tuyến đường HCM đoạn qua địa phận tỉnh Thừa Bảng 3.5 Thiên Huế Bảng 3.6 Trượt dọc tuyến quốc lộ 49 và vùng đồi núi kế cận Bảng 3. 7 Bảng 3. 8 Trượt đất đá vùng đồi núi dọc tuyến quốc lộ 1A Trượt đất đá trên các vùng đồi núi khác E. Danh mục phụ lục ảnh Ảnh 2.1 Lấy mẫu đất đá các phụ đới, đới phong hóa thí nghiệm tính chất cơ lý. Mặt cắt ĐCCT đặc trưng cho đất đá các phụ đới edQ + IA1, IA2 Ảnh 2.2 của các hệ tầng Núi Vú, A Vương và các phức hệ Đại Lộc, Bến Giằng - Quế Sơn Ảnh 3.1 Sơ đồ viễn thám Landsat giải đoán trượt vùng đồi núi Trị - Thiên Ảnh 3.2 Ảnh chụp, ảnh viễn thám một số điểm trượt lở đất đá dọc quốc lộ 9 Ảnh chụp, ảnh viễn thám một số điểm trượt lở đường HCM nhánh Ảnh 3.3 Tây (Da Krông - Tà Rụt) và vùng kế cận Ảnh chụp, ảnh viễn thám một số điểm trượt lở đường HCM nhánh Ảnh 3.4 Tây (Khe Sanh - Chà Lỳ) Ảnh chụp, ảnh viễn thám các điểm trượt lở đường HCM nhánh Ảnh 3.5 Tây (A Lưới - A Roàng) và vùng đồi núi kế cận Ảnh 3.6 Ảnh chụp, ảnh viễn thám các điểm TLĐĐ vùng đồi núi kế cận và QL49 Ảnh chụp, ảnh viễn thám các điểm TLĐĐ vùng đồi núi kế cận và Ảnh 3.7 TL 14B, Nam Đông Ảnh 3.8 Ảnh chụp, ảnh viễn thám các điểm trượt lở đất vùng đồi núi dọc QL 1A Ảnh 3.9 Ảnh chụp, ảnh viễn thám các điểm trượt lở ở một số khu vực đồi núi khác Ảnh 3.10 Đổ đá km 298 + 300 xã Tà Rụt, Dakrong - Quảng Trị Ảnh 3.11 Sụt đá tại km 287 + 680 xã Húc Nghì - Quảng Trị Ảnh 3.12 Sụt đất đá tại km48+470 QL9 - Quảng Trị Ảnh 3.13 Sụt đất tại km 75 + 150 QL 49, xã Hồng Tiến - Hương Trà Ảnh 3.14 Trượt hỗn hợp tại khối đất đá tại km 206 + 200 xã Hướng Lập - thôn Chà Lỳ Ảnh 3.15 Trượt quay khối đất tại km 201+ 20 Khe Sanh - Chà Lỳ Ảnh 3.16 Trượt phẳng khối đất đá tại km 384 + 550, đèo Hai Hầm - A Lưới Ảnh 3.17 Chảy (chảy dòng) đất đá tại km 399 + 900 đèo Hai Hầm, xã A Roàng - A Lưới Ảnh 3.18 Chảy (chảy dòng) đất tại km 314+ 550 đoạn đèo Pê Ke, xã Hồng Thuỷ - A Lưới Ảnh 4.1 Giao diện phần mềm ArcGis 10.0 Ảnh 4.2 Tích hợp 9 bản đồ thành phần Ảnh 4.3 Tính giá trị LSI theo công thức (4.2) Ảnh 4.4 Bản đồ giá trị LSI Ảnh 4.5 Phương pháp phân loại Natural Breaks Ảnh 5.1 Tường chắn đá hộc trong rọ và tường bêtông chống trượt tại khu vực Khe Sanh Hướng Hóa Ảnh 5.2 Trồng cỏ Vetiver kết hợp với tường chắn bêtông, rãnh, dốc thoát nước tại khu vực Khe Sanh - Hướng Hóa Ảnh 5.3 Kè rọ đá chống trượt lở taluy âm do tác động của đá tảng, cuội, sỏi cát tại xã Hướng Lập - Khe Sanh Ảnh 5.4 Kè rọ đá chống trượt lở taluy dương tầng phủ phong hóa mạnh đến hoàn toàn hệ tầng Long Đại thôn Chà Lỳ - xã Hướng Lập. Ảnh 5.5 Trồng cỏ Vetiver kết hợp rãnh thoát nước bậc thang nhưng vẫn không hiệu quả tại Chà Lỳ - Khe Sanh Ảnh 5.6 Taluy bậc thang kết hợp rãnh thoát nước đỉnh, dốc thoát nước nhưng vẫn bị trượt lở tiếp tục cục bộ (Đèo Sa Mù) Ảnh 5.7 Kè rọ đá chống trượt tại đèo Sa Mù nhưng không hiệu quả. Kè bị xô đổ Ảnh 5.8 Gia cố kè, ốp mái bêtông đá hộc và dốc nước nhưng vẫn bị trượt lở cục bộ tại xã Tà Long - Dakrong Ảnh 5.9 Kè tường chắn đá hộc trát mạch kết hợp ốp mái bê tông đá hộc tại km 270 xã Tà Long - Dakrong Ảnh 5.10 Gia cố bằng kè rọ đá taluy dương trong tầng phong hóa mạnh J1an Dakrong - QTrị nhưng vẫn bị trượt Ảnh 5.11 Kè rọ đá xây cất dạng bậc thang taluy âm trong tầng phong hóa mạnh J1an dọc sông Dakrong - Quảng Trị Ảnh 5.12 Xử lý trượt bằng giải pháp tường chắn bêtông taluy dương tại đèo PêKe km 314 Ảnh 5.13 Giải pháp tường chắn bằng bê tông bị vô hiệu hóa tại điểm trượt đèo A Co (gần Bốt Đỏ) trên QL 49, xã Hồng Hạ - A Lưới. Ảnh 5.14 Ảnh 5.15 Ảnh 5.16 Ảnh 5.17 Ảnh 5.18 Giải pháp xây tường chắn bê tông, taluy bậc thang và rãnh đỉnh chống trượt cục bộ kết hợp xây cầu cạn thoát nước Giải pháp xây cầu cạn thoát nước, do hệ thống thoát nước không đủ lực tại QL49 đường lên Huyện A Lưới. Giải pháp xây tường chắn bê tông, taluy bậc thang và rãnh đỉnh chống trượt cục bộ kết hợp nhưng vẫn xảy ra trượt tại A Lưới. Kè tường chắn đá hộc trát mạch kết hợp ốp mái bê tông đá hộc nhưng vẫn bị phá hủy do không xử lý hiệu quả giải pháp thoát nước. Kè rọ đá chống xói taluy âm trong tầng phong hóa mạnh dọc sông Dakrong - Quảng Trị nhưng không hiệu quả. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Do ảnh hưởng ngày một gia tăng của sự biến đổi khí hậu toàn cầu, trái đất ấm lên nên hoạt động bão lũ ở nước ta nói chung và vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế nói riêng đang có những biến đổi bất thường, làm phát sinh những trận mưa lớn kéo dài với cường độ cao hơn nhiều so với trước đây. Ở Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, vùng đồi núi chiếm hơn 2/3 diện tích lãnh thổ cùng với chế độ khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa là môi trường thiên nhiên thuận lợi đối với sự phát sinh, phát triển nhiều quá trình địa chất tự nhiên. Mặt khác, trong thời kỳ đổi mới, cơ sở hạ tầng kỹ thuật giao thông có những bước phát triển vượt bậc, nên xuất hiện ngày càng nhiều tuyến đường giao thông, hệ thống bậc thang thủy điện, moong khai thác khoáng sản lộ thiên v.v... Hoạt động kinh tế - công trình của con người ngày càng gia tăng, làm cho môi trường tự nhiên bị biến đổi mạnh mẽ, thúc đẩy sự phát sinh với cường độ cao các quá trình sườn dốc. Hằng năm, tại vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, vào những thời điểm nhất định của mùa mưa lũ thường xảy ra quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, đủ mọi quy mô và chủ yếu tập trung vào những tuyến đường giao thông, nhất là đường Hồ Chí Minh và mái dốc các công trình thuỷ công (hình 1.1). Quá trình dịch chuyển đất đá trên mái dốc đã phá huỷ taluy, nền đường, làm ách tắc giao thông, gây thiệt hại rất lớn về người và tài sản. Thế nhưng các công trình nghiên cứu, dự báo quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế còn rất ít. Nhiều vấn đề về bản chất, nguyên nhân, điều kiện, động lực, quy luật phát sinh và phát triển, phân loại quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế cũng như phương pháp dự báo, phòng chống, giảm thiệt hại do quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc gây ra chưa được nghiên cứu thấu đáo. Vì vậy, việc chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, đề xuất phương pháp dự báo và phòng chống phù hợp” là rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. 2 Hình 1.1. Sơ đồ vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ làm phong phú thêm lý luận về sự hình thành, phát triển quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi, đồng thời đề xuất, lựa chọn phương pháp dự báo và phòng chống thích hợp nhằm giảm thiểu tác hại do quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc gây ra, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững, đảm bảo an ninh quốc phòng của hai tỉnh Quảng Trị - Thừa Thiên Huế nói riêng và của đất nước nói chung. 2. Mục đích của đề tài luận ánm - Xác định được hiện trạng, nguyên nhân, động lực và quy luật phân bố, phát triển các quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị Thừa Thiên Huế. - Thành lập bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế và đề xuất giải pháp phòng chống phù hợp, phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã hội. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là môi trường tự nhiên - kỹ thuật vùng đồi 3 núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế mà trọng tâm là sườn dốc, mái dốc và quá trình dịch chuyển đất đá trên chúng (chủ yếu quá trình trượt lở). Trong đó quan điểm sườn dốc trong luận án bao gồm cả sườn dốc tự nhiên và nhân tạo. - Phạm vi nghiên cứu bao gồm vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế với độ cao từ 50m trở lên. Chiều sâu nghiên cứu khoảng trên dưới 50m, được tính từ mặt đất tự nhiên đến tầng đất đá tương đối ổn định bên dưới. Đối với các tuyến đường và mái dốc các công trình khác, tuỳ thuộc đặc điểm địa hình - địa chất cụ thể, phạm vi nghiên cứu diện được triển khai theo băng rộng từ 50 - 100 đến 200 - 300m tính từ tim đường hay công trình tương ứng. 4. Nội dung nghiên cứu của đề tài luận án Để đạt được các mục đích trong giới hạn đối tượng, phạm vi nghiên cứu nêu trên, đề tài luận án tập trung nghiên cứu những nội dung chính sau: - Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc. - Nghiên cứu đặc điểm môi trường tự nhiên - kỹ thuật vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. - Nghiên cứu quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. - Nghiên cứu, dự báo nguy cơ phát sinh dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế - Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phòng chống dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế 5. Phương pháp nghiên cứu Để triển khai thực hiện các nội dung nghiên cứu đã đề ra, đề tài sử dụng tổng hợp các phương pháp dưới đây: - Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu hiện có ở trong và ngoài nước liên quan tới đề tài, vùng nghiên cứu. - Phương pháp phân tích hệ thống: được vận dụng trong phân tích, đánh giá tương tác giữa các yếu tố tự nhiên, con người với quá trình dịch chuyển đất đá (trượt đất đá) trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. 4 - Phương pháp chuyên gia: quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc phát sinh, phát triển do tác động của nhiều nguyên nhân, bị chi phối bởi nhiều yếu tố ảnh hưởng v.v.., do đó, rất cần sự tham vấn của nhiều chuyên gia thuộc các chuyên môn sâu khác nhau cũng như sự hỗ trợ, tham gia ý kiến của các nhà quản lý, cộng đồng ở vùng nghiên cứu. - Phương pháp đo vẽ địa chất công trình khái quát kết hợp khoan thăm dò, đào nông: Được triển khai ở các đoạn tuyến xung yếu, mất ổn định với tỷ lệ đo vẽ 1:50.000 trên băng rộng 1 - 5km dọc tuyến đường HCM nhằm đánh giá hiện trạng, xác định nguyên nhân, điều kiện, động lực, loại hình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, đồng thời nghiên cứu, lấy mẫu đất đá thí nghiệm. - Phương pháp thực nghiệm: chủ yếu là thí nghiệm trong phòng nhằm xác định thành phần hạt, tính chất cơ lý đất đá trong điều kiện độ ẩm thay đổi. - Phương pháp xác xuất - thống kê toán học với sự trợ giúp của công nghệ thông tin nhằm xử lý kết quả thí nghiệm, quan trắc phục vụ cho việc đánh giá, dự báo động lực của quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi nghiên cứu. - Phương pháp kiểm toán ổn định trượt sườn dốc, mái dốc: sử dụng các phương pháp khác nhau để đánh giá độ ổn định của sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. Qua đó, đưa ra các giải pháp phòng chống hợp lý. - Phương pháp phân tích ảnh viễn thám: sử dụng để giải đoán vị trí các khối trượt trong vùng nghiên cứu. - Phương pháp mô hình toán - bản đồ: sử dụng phương pháp phân tích thứ bậc AHP (Thomas Saaty) để xây dựng hệ thống các cặp ma trận so sánh, xác định mối quan hệ tương quan tuyến tính giữa các yếu tố là nguyên nhân, điều kiện phát sinh dịch chuyển đất đá. Từ đó, tìm ra trọng số ảnh hưởng của các yếu tố được lựa chọn. Kết quả của AHP sẽ được tích hợp vào môi trường GIS trên cơ sở chồng xếp tích hợp các bản đồ thành phần có trọng số đã được lựa chọn để xây dựng bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. 6. Điểm mới của luận án - Phân tích, đánh giá chi tiết các yếu tố đặc điểm môi trường tự nhiên - kỹ 5 thuật và ảnh hưởng của nó đến sự hình thành các quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. - Đề xuất phân loại các quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. - Vận dụng thành công phương pháp mô hình toán - bản đồ có sự trợ giúp của công nghệ GIS để đánh giá, dự báo và lập bản đồ phân vùng cường độ hoạt động dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế trên cơ sở xây dựng hệ thống đa chỉ tiêu môi trường tự nhiên - kỹ thuật. 7. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế là kết quả tương tác giữa các yếu tố môi trường tự nhiên và hoạt động kinh tế - xây dựng của con người, trong đó hoạt động xây dựng đường giao thông và mưa cường độ cao kéo dài là nguyên nhân chính gây ra hàng loạt các quá trình sườn dốc. Luận điểm 2: Hiện tượng trượt lở đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế có môi trường TN - KT đa dạng, phức tạp hoàn toàn có thể đánh giá, dự báo bằng mô hình toán - bản đồ với sự trợ giúp của công nghệ GIS theo 5 cấp độ từ rất yếu đến rất mạnh. Trong đó, cường độ trượt lở đất đá từ mạnh đến rất mạnh chiếm 44,58%, tập trung chủ yếu trên mái dốc đường giao thông qua các xã thuộc huyện Hướng Hóa, A Lưới, Nam Đông. 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án - Góp phần hoàn thiện cơ sở lý thuyết, phương pháp luận nghiên cứu quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc. - Trên cơ sở dự báo phân vùng nguy cơ dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, đề xuất được các giải pháp khoa học công nghệ phù hợp phòng chống, giảm thiểu tác hại do dịch chuyển đất đá gây ra ở vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. - Kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tài liệu tin cậy, có thể tham khảo, sử dụng trong quy hoạch khai thác hợp lý lãnh thổ, trong thiết kế, thi công các công trình, đặc biệt là đường giao thông, góp phần phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo ổn định an ninh, quốc phòng vùng nghiên cứu. 6 9. Cơ sở tài liệu Luận án được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu, số liệu chủ yếu dưới đây: - 01 đề tài NCKH cấp Bộ và 02 đề tài NCKH cấp cơ sở do chính tác giả làm chủ biên; - 09 công trình khoa học của tác giả được đăng tải trên các tạp chí, hội nghị khoa học trong nước và Quốc tế; - Báo cáo khảo sát địa chất dự án bền vững hoá công trình do mưa lũ gây ra năm 2009 trên đường HCM đoạn từ Quảng Bình đến Kon Tum; - Báo cáo khối lượng và quy mô sụt lở trên tuyến đường HCM đoạn Quảng Trị - Thừa Thiên Huế từ năm 2006 đến 2013; - Các báo cáo khảo sát ĐCCT các điểm sụt trượt đường HCM vùng nghiên cứu, các điểm sụt trượt QL 49 và TL Phú Lộc - Nam Đông v.v…; - Tài liệu khảo sát hiện trạng trượt lở của 7 đợt thực địa (tháng 11/2008, 01/2009, 10/2009, 5/2010, 2/2011, 11-12/2013, 01/2014); Ngoài ra, luận án còn sử dụng nhiều tài liệu công bố và lưu trữ ở trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài luận án. 10. Cấu trúc luận án Nội dung luận án được tác giả trình bày trong 5 chương: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc Chương 2: Đặc điểm môi trường tự nhiên - kỹ thuật vùng đồi núi Quảng Trị Thừa Thiên Huế Chương 3: Nghiên cứu quá trình dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Chương 4: Dự báo nguy cơ phát sinh trượt lở đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Chương 5: Đề xuất giải pháp phòng chống dịch chuyển đất đá trên sườn dốc, mái dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế Để minh họa cho nội dung nghiên cứu, luận án còn xây dựng 12 bản đồ, 34 bảng số liệu, 9 hình vẽ và đồ thị, 18 ảnh minh họa, 8 phụ lục bảng, 44 phụ lục ảnh minh họa, cùng với 9 bài báo khoa học đã công bố và danh mục 110 tài liệu tham khảo.