Chương 6: Trượt đất và các hiện tượng liên quan

CHƯƠNG 6: TRƯỢT ĐẤT VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN Quá trình dốc và sự ổn định dốc Quá trình dốc: Dốc là hình dạng thông thường nhất của cảnh quan, địa hình. Vật chất trong phần lớn các dốc luôn di chuyển xuống với tốc độ khác nhau từ không thể cảm nhận đất đá đến sạt lỡ ầm ầm với 1 tốc độ dữ dội. Dốc có 4 thành phần: dốc lồi ( a convex slope) hay đỉnh (crest), mặt gần như thẳng đứng – free- face (vách đá), mảnh vỡ dốc ( a debris slope) ở khoảng chừng 30 đến 35o và dốc thấp lõm ( a concave slope) hay wash slope.Tất cả các dốc được xếp bởi 1 hay nhiều thành phần, và khác với quá trình dốc là liên kết với 1 thành phần. Các dốc lồi liên kết với sự chuyển động xuống chậm của đất đá gọi là đỉnh. Mặt tự do luôn liên kết với quá trình như thác đá. Mảnh vỡ dốc là nơi nhận vật chất từ quá trình tích lũy của mặt tự do. Gốc của mảnh vỡ gốc là gốc nghĩ, là gốc phóng đại, tại đó các quá trình cho vật chất lỏng luôn được duy trì. Dốc lõm được sản xuất khi quá trình kết hợp với sự chảy của nước. Sườn dốc với mặt tự do được thể hiện như ở hình 6.1a thường xảy ra ờ vùng bán khô cằn và ở nơi mà các đá bền được hình thành. Ở các sườn dốc cao hơn,đất được hình thành từ đỉnh hay từ wash slope, không như trên mặt tự do, thời tiết được mang theo bởi sự ăn mòn nhanh của các vượt vật liệu. Ở các dốc lớn hơn,đất sẽ dày ở phần đỉnh và đáy của dốc và mỏng ở phần giữa của sườn dốc, nơi mà quá trình dốc xuống diễn ra 1 cách nhanh chóng. Sự di chuyển của các vượt vật liệu ở phần giữa như nối các tích tụ tại đó. Trượt đất là gì? Trượt đất là một hiện tượng địa chất đề cập đến sự chuyển động cùa một phần nền đất này so với phần nền đất khác theo một bề mặt. Trượt đất có thể hiểu là sự di chuyển khối trên đỉnh của một bề mặt dốc không ổn định. Sự ổn định dốc: Sự ổn định dốc được thể hiện ở hệ số ổn định của sườn dốc (FS) FS= lực kháng trượtlực gây trượt (ứng suất cắt)= SLTWsinθ Lực kháng trượt là là lực chống lại sự trượt ( còn gọi là sức trượt cắt – shear strength) Lực gây trượt là lực làm cho các vật liệu di chuyển xuống dốc (còn gọi là ứng suất cắt – shear stress) S: sức trượt cắt trong đất sét trong 1 đơn vị diện tích ( N/m2) L: chiều dài mặt phẳng trượt (m) T: bề dày trượt(m) W: trọng lực (N) Hệ số ổn định càng lớn thì trượt khó xảy ra Nguyên nhân trượt đất Tự nhiên Nước ( đóng vai trò chủ yếu) Sự rò rỉ nước từ nguồn nhân tạo chẳng hạn như hồ chứa, hệ thống tự hoại, các kênh rạch dưới dòng,, vào sườn dốc có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của dốc bằng sự thêm vào trọng lượng (sự thêm vào của nước) đến dốc. Rò rỉ có thể là nguyên nhân các hố nước rỗng phát triển ở dốc liền kề, nguyên nhân của sự giảm phản lực. Nước có thể làm giảm sự ổn định của dốc bằng cách nhanh chóng rút xuống, sự hạ thấp nhanh chóng của hồ chứa nước hay sông ( ở tỉ lệ ít nhất 1m/ngày). Khi nước ở 1 mức tương đối cao, một lượng lớn sẽ nhập vào ngân hàng, hiện tượng đo gọi là ngân hàng dự trữ. Sau đó, khi nước bất ngờ giảm xuống, nước dự trữ sẽ xả 1 cách không kiểm soát. Đó là sản phẩm của sự phân phối bất thường của các hố nước rỗng làm giảm phản lực, đồng thời, trọng lượng của sự xả nước làm tăng lực truyền. Đó là nguyên nhân, thảm họa hố nước ( sự sụp) có xu hướng xảy ra suốt dòng chảy sau khi trận lũ đã rút đi Nước góp phần hóa lỏng tự phát của đá trầm tích giàu đất sét hay đất sét dày, nước có thể là nguyên nhân của trượt đất. Khi bị khấy động, đất sét có thể mất đi cường độ biến dạng, nó bị hóa lỏng vả chảy. Trượt đất thường xảy ra khi có nhiều mưa. Suốt cơn mưa, tỉ lệ xâm nhập bề mặt (vadose) không bão hòa của đất hay colluvium vượt quá tỉ lệ thấm sâu trong đất dưới colluvium, và mặc dù một phần nước đã di chuyển song song thấm dốc. Thảm họa dốc xảy ra khi phản lực giảm nhanh chóng- khi mà hệ số ổn định bé hơn 1. Sự tăng áp lực nước nghiên cứu trước hiện tại đến nhiều loại trượt đất, và hầu hết các trượt đất do nguyên nhân khác thường của quá trình tăng lên của áp lực nước trên độ nghiêng vật liệu địa hình. Thực vật Mất đi hay thiếu các kết cấu thực vật để giữ đất, dinh dưỡng trong đất và kết cấu đất. Thời gian Lực trong dốc luôn thay đổi theo thời gian. Ví dụ, cả lực truyền và phản lực có thể thay đổi theo mùa, làm thay đổi vị trí nước trong bảng. Nó sẽ thay đổi nhanh hơn vào thời tiết ẩm ướt, phản ánh sự tăng tần số trượt đất hay sự kéo theo của thời tiết ẩm ướt. Trong 1 dốc khác, sự giảm tiếp tục của phản lực xảy ra theo thời gian, gắn kết với thời tiết, sự gắn kết trong vật liệu dốc, hay sự tăng thường của áp lực nước từ điều kiện tự nhiên hay nhân tạo. Dốc có thể trở nên kém ổn định hơn theo thời gian. Hệ số ổn định dốc có thể giảm đi theo thời gian, nó là nguyên nhân làm hỏng các kế hoạch của các hạt trong dốc, làm giảm ma sát nội bộ và cường độ của các vật liệu. Một số nguyên nhân khác: Xâm thực chân sườn dốc bởi sông hay sóng biển Hoạt động của sinh vật: Sự đào bới của động vật. Sự phát triển của rễ cây. Sự phân rã của hệ thống rễ. Do phong hóa: Sự phân rã cơ học của đá dạng hạt. Lấy đi chất gắn kết trong đá dạng hạt. Làm khô đất sét. Quá trình Karst: là hiện tượng phong hóa đặc trưng của những miền núi đá vôi bị nước chảy xói mòn. Sự xói mòn không phải do cơ chế lực cơ học, mà chủ yếu là do khí điôxít cacbon (CO2) trong không khí hòa tan vào nước, cộng với các ion dương của hyđrô (H+) tạo thành axít cacbonic. Nguyên nhân ban đầu phải tính đến là sự hoạt động trồi lên của các khối xâm nhập nông á núi lửa trẻ hơn đá vôi. Các khối xâm nhập nông á núi lửa trẻ cùng với việc nâng các lớp đá vôi lên cao như ngày nay còn làm phát sinh động đất, đứt gẫy và núi lửa. Tại giao điểm của các đứt gẫy hoặc các đới đứt gẫy lớn, núi lửa phun lên sẽ làm biến chất đá vôi, biến đá vôi thành vôi sống ( CaO) dễ hoà tan trong nước, đồng thời mang vào các đứt gẫy, khe nứt của đá vôi dăm, cuội, dung nham núi lửa và nước ngầm.Dung nham này trong môi trường nước sẽ bị biến thành bùn, sét - kaolin mềm bở dễ bị nước cuốn trôi hoặc lắng chìm vào các khe nứt, lỗ hổng. Nước đã đóng vai trò dọn dẹp lòng hang ( cuốn trôi vôi sống, bùn, sét - kaolin) và tạo thành các thạch nhũ cho chúng ta thấy như ngày nay. Xói mòn dọc theo các bờ biển đá vôi. Địa hình karst tự nó cũng gây ra một số khó khăn cho sự cư trú của con người. Các chỗ đất sụt có thể phát triển dần dần cho đến khi các lỗ hổng bề mặt đủ lớn, nhưng sự xói mòn ngầm là hoàn toàn không biết trước được và mái của các hang động ngầm có thể sập bất thình lình. Những sự kiện như thế gây ra tổn thất cho nhà cửa, gia súc, xe cộ, máy móc, và thậm chí là con người. Động đất làm tăng tải trọng trên sườn dốc, làm mất ổn định dốc, gây ra trượt đất Núi lửa phun Nhân tạo: do tác động của con người Khai thác rừng Nơi mà những hoạt động khai thác rừng được quan sát trong khoảng 20 năm trên nền địa hình vững chắc thì không gia tăng trượt đất, còn ở những vùng đất yếu, nền đất không ổn định thì gia tăng trượt dất và xói mòn nơi đất rừng bị khai thác gỗ. Đô thị hóa Tập quán của con người và sự quan tâm đến sinh cảnh là nguyên nhân hầu hết gây nên lở đất trong khu vực đô thị nơi có mật độ dân số lớn cũng như nhiều đường xá, nhà cửa và khu công nghiệp. Cấu trúc của những con đường trong khu vực cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng, hệ thống thoát nước, sự di chuyển của mạch nước ngầm bị gián đoạn, ảnh hưởng đến sự sắp xếp khối lượng của lớp vỏ. Và một số nguyên nhân khác Các hoạt động khai thác ( than, mỏ...) Các công trình điều chỉnh mái dốc hoặc chất tải thêm trên mái dốc Rung động từ nhà máy, giao thông, dùng vật liệu nổ. Phân loại trượt đất Theo tính chất, quy mô: có 4 loại Lở đá (falls): là rơi từ địa hình cao như vách núi hoặc đỉnh núi. Dòng chảy (flows): là sự di chuyển của các vật chất không cố định phần dưới dốc, các hạt chuyển động về và trộn bên trong khối. Trượt lở (slides): là quá trình phần dưới của dốc di chuyển của các tảng vật liệu kết dính. Sụp lún (subsides): là sự hạ xuống dưới mức vật liệu bao quanh của khối vật liệu trái đất, có thể xảy ra ở dốc hay gần mặt phẳng. Theo kiểu dịch chuyển: có 2 loại Trượt xoay là trượt di chuyển trên một mặt trượt cong, dịch chuyển theo trục song song với dườn dốc. Khi xảy ra trượt xoay, phần đầu của khối di chuyển xuống phía dưới và xoay ở lưng của khối trượt. Trượt tịnh tiến là khối trượt dịch chuyển trên một mặt phẳng có kết cấu yếu như đứt gãy, vết nứt, lớp sét, đá mềm trượt trên bề mặt đá cứng và phần đá cứng trải tách ra do sự di chuyển bên dưới lớp đá mềm. Trượt tịnh tiến tồn tại nếu nó còn nằm trên mặt dốc nghiêng và khối dẫn động vẫn tồn tại. Ngược lại trượt xoay chỉ dịch chuyển được một khoảng cách ngắn. Dấu hiệu nhận biết trượt đất Sự xuất hiện những kẻ nứt hình vòng cung ven mép vách dốc hay trên sườn, trên nền nhà cửa. Hiện tượng đường sắt bị uốn cong Sự xuất hiện hay biến mất các mạch nước ngầm Sự thay đổi lưu lượng cùa nguồn nước Các tác hại của trượt đất Trượt đất gây thiệt hại nặng nề vể con người lẫn kinh tế Cách giảm thiểu nguy cơ trượt đất Các quy định cho bề mặt và cấp thoát nước bề mặt. Các biện pháp kiểm soát hệ thống thoát nước bề mặt và dưới bề mặt thường có hiệu quả trong việc ổn định độ dốc.Ý tưởng cơ bản là để giữ cho nước chạy qua hoặc xâm nhập vào độ dốc.Bề mặt nước có thể chuyển xung quanh dốc bởi một loạt các cống. Thực hành này phổ biến cho các vết cắt đường bộ.Số lượng nước xâm nhập vào sườn dốc có thể được kiểm soát bằng cách che sườn dốc với một lớp không thấm nước, như xi măng, nhựa đường, hoặc nhựa.Nước ngầm có thể bị ngăn cản xâm nhập vào sườn dốc bằng cách đào mương.Các rãnh chứa đầy đá hoặc sỏi và vị trí cũng như ngăn chặn và chuyển hướng nước ngầm từ một độ dốc có khả năng không ổn định. Loại bỏ các vật liệu độ dốc không ổn định (phân loại). Phân loại cẩn thận lên kế hoạch có thể sử dụng được để tăng sự ổn định của độ dốc. Hai kỹ thuật thông thường để giảm độ dốc của sườn dốc bằng cách cắt giảm và đẩy mạnh hoạt động quá trình gia công.Trường hợp đầu tiên, vật liệu được lấy từ phần trên của độ dốc lấy ra và đặt gần các cơ sở.Tổng gradient giảm, vật liệu được lấy ra từ một khu vực đóng góp ta động lực và được đặt ở dưới chân dốc, nó làm tăng lực chống lại.Phương pháp này thực tế rất dốc, sườn dốc cao.Như là một thay thế, độ dốc có thể được chia cắt thành nhiều băng ghế hoặc các bước.Các băng ghế, thiết kế với bề mặt cống để chuyển hướng dòng chảy, làm giảm độ dốc. Xây dựng cấu trúc bức tường chắn hay hỗ trợ một số cấu trúc khác. Giữ lại bức tường làm từ bê tông, rọ đá (đá đầy giỏ dây), hoặc cọc (bê tông dài, thép, hoặc dầm gỗ lái xe vào). Lên kế hoạch sử dụng đất một cách hợp lí Kiểm tra các điều kiện địa chất thường xuyên Giảm tải trọng của các khối đất trượt Nguy cơ cụ thể( Rs) với cường độ xác định của trượt đất là: Rs = E*H*V E: yếu tố của rủi ro trong vùng ( giá trị tài sản, xã hội, kinh tế...) H: khả năng trượt đất với cường độ cụ thể trong thời gian cho trước V: hệ số thiệt hại Các hiện tượng liên quan Tuyết lở là một dạng chuyển động nhanh xuống dốc núi của tuyết. Nếu nhiều đá, đất, và cây kết hợp, nó có thể giống như một mảnh tuyết lở. Giống như lở đất, lở tuyết là thứ cản trở xe và chống lại các lực trên dốc. Sự lắng động là sự chìm xuống nhanh chóng của khoáng vật Trái Đất. Tương tác giữa điều kiện địa chất và hoạt động của con người là nhân tố trong nhiều lắng đọng. Hầu hết lắng đọng được gây ra bởi sự thu hồi chất lưu từ dưới mặt đất hay sự sụp đổ của bề mặt đất, và đá lắp đầy chỗ trống ấy. Tóm tắt Trượt đất và các hiện tượng liên quan là nguyên nhân đáng kể dẫn đến sự biến mất sự sống. Mặc dù đây là những hiện tượng tự nhiên nhưng tần suất xuất hiện của nó lại phụ thuộc vào hoạt động của con người. Dạng địa hình thường gặp nhất là sườn núi. Các loại vật liệu có thể di chuyển với tốc độ khác nhau trên dạng địa hình này, chúng có thể trườn nhẹ hoặc trượt dồn dập với tốc độ đáng kể. Một sườn núi có thể bao gồm một hay nhiều phần tử cấu thành, bao gồm những gợn nhấp nhô, mặt bằng phẳng, sườn trơn, những mảnh vụn... sự có mặt của các phần tử này liên quan đến khí hậu, loại đá là những nhân tố tác động đến quá trình hình thành các sườn núi. Các vật liệu trái đất chảy, trượt hoặc rơi trên các sườn núi. Sự trượt lở đất xảy ra có sự kết hợp của quá trình chảy và trượt các vật liệu. Tác nhân gây ra trượt đất được xác định bởi một vài các yếu tố: loại vật liệu, địa hình, khí hậu, thảm thực vật, nước và thời gian. Nguyên nhân của hầu hết các vụ sạc lở đất là do sự tương tác giữa lực làm cho vật liệu trượt và lực chống lại sự di chuyển của vật liệu. Thường lực làm di chuyển chủ yếu do khối lượng của vật liệu, còn lực cản sinh ra do sự biến dạng của vật liệu. Hệ số ổn định sườn dốc là tỉ số giữa lực cản và lực làm di chuyển vật liệu. Nếu tỉ số lớn hơn 1 thì sườn dốc được coi là vững chắc. Loại đất và đá trên núi ảnh hưởng đến cả dạng và tần số của các trận trượt đất. Nước cũng góp phần quan trọng trong việc gây nên các trượt đất. Các dòng nước, hồ hay đại dương làm xói mòn các chân núi, làm tăng lực di chuyển các vật liệu. Mực nước tăng làm tăng khối lượng của lớp vật liệu nhưng việc tăng áp lực của nước làm giảm lực cản lên sự di chuyển của vật liệu. Sự tăng áp lực của nước xảy ra trước trượt đất và trong thực tế, nhiều trận trượt đất chính là hậu quả của việc tăng áp lực của nước lên các vật liệu một cách quá mức. Tác động của con người đến cường độ và sự thường xuyên của các trận lở đất có thể nói từ mức độ không đáng kể đến vô cùng lớn.Ở những nơi lở đất xảy ra mà không phụ thuộc vào tác động của con người, chúng ta cần phải nhận thức rõ để tránh những khu vực nguy hiểm hoặc đưa ra các biện pháp phòng ngừa, bảo vệ. Ở những nơi mà hoạt động của con người làm tăng số lượng cũng như sự khốc liệt của các trận lở đất, chúng ta phải giảm thiểu rủi ro này đến mức thấp nhất. Trong một số trường hợp, những đập nước, hồ chứa được xây dựng để làm tăng sự di chuyển nước ngầm vào trong núi. Hoạt động đốn gỗ ở những sườn núi không bền chắc sẽ làm tăng xói mòn đất. Ở những vùng đô thị. hóa, việc quy hoạch các đồi núi để phát triển cũng làm tăng sự xói mòn. Để giảm tối đa mối nguy hiểm của hiện tượng sạt lở đất, cần thiết phải có sự nhận biết, phòng chống và điều chỉnh quá trình này. Phải kiểm tra, dùng phương pháp bản đồ để xác định vị trí có nguy cơ xảy ra sạt lở. Khi nhận biết được nơi có khả năng xảy ra, cần khoanh vùng, chấm điểm, từ đó giảm thiểu được mối đe dọa. Việc ngăn chặn những vụ trượt lở quy mô lớn rất khó khăn, nhưng những kĩ sư giỏi có thể làm giảm tác động đến mức nhỏ nhất, dù không thể tránh khỏi. Những kĩ thuật được sử dụng ở đây bao gồm điều khiển thoát nưoức, khoanh vùng thích hợp, xây dựng hệ thống chống đỡ. Việc điều chỉnh phải nhằm vào quá trình bắt đầu trượt lở, thường là đưa ra biện pháp thoát nước để làm giảm áp lực của nước lên vật liệu. Tuyết lở trên các sườn núi phủ đầy tuyết là mối đe dọa đặc biệt nghiêm trọng. Nhiều người bị thiệt mạng do lở tuyết khi đến những khu vực này để nghỉ đông. Sự thấm rút các chất lưu như dầu, nước và cả lớp dưới bề mặt của các mỏ muối, mỏ than và các mỏ kim loại khác được gọi là sự lắng đọng. Trong trường hợp các chất lưu, nguyên nhân gây ra sự lắng đọng là sự giảm áp suất các chất lưu, tao nên lớp phủ bề mặt vật liệu trái đất. Trong trường hợp là các chất rắn, sự lắng đọng là kết quả của quá trình mất đi lớp phủ bề mặt đất. Sau cùng đó là việc hình thành các khoảng trống từ quá trình hòa tan đá như đá vôi và sự sụp đổ của lớp phủ bề mặt tao nên các hố sụt. Sự am hiểu về mối đe dọa sạt lở đất của đa số mọi người là rất thấp nếu chưa từng có kinh nghiệm trước . hơn nữa, những người dân cư trú gần những ngọn đồi cũng như vùng lũ thì rất khó tiếp cận với những thông tin về công nghệ.