Luận án Nghiên cứu đặc điểm trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh đoạn Đakrông - Thạnh Mỹ. Luận chứng giải pháp xử lý thích hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HUỲNH THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH ĐOẠN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ VÀ LUẬN CHỨNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HUỲNH THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH ĐOẠN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ VÀ LUẬN CHỨNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 9580205 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TẠ ĐỨC THỊNH PGS.TS NGUYỄN SỸ NGỌC Hà Nội - 2023 i LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Tạ Đức Thịnh và PGS.TS. Nguyễn Sỹ Ngọc. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy hướng dẫn đã chỉ dẫn tận tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông Vận tải, đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS . Nguyễn Đức Mạnh trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ, các chuyên gia và các nhà khoa học đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu để luận án được hoàn thiện. Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải, tác giả xin được trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Công trình đã quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tác giả xin được cảm ơn những người thân trong gia đình, anh em, bạn bè đã động viên, chia sẻ trong suốt thời gian thực hiện luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này 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 Huỳnh Thanh Bình iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2 3. Mục đích nghiên cứu của đề tài ................................................................. 2 4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................... 3 6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài .................................................................... 3 7. Bố cục luận án............................................................................................ 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC VÀ MÁI DỐC ...................................................................................... 5 1.1. Hiện tượng trượt đất đá ....................................................................................... 5 1.2. Các nghiên cứu về trượt đất đá trên thế giới ..................................................... 11 1.2.1. Nghiên cứu về động lực của khối trượt .......................................................... 12 1.2.2. Nghiên cứu về độ ổn định của mái dốc .......................................................... 14 1.2.3. Nghiên cứu về phân loại trượt ........................................................................ 17 1.2.4. Nghiên cứu về giải pháp xử lý khối trượt ...................................................... 19 1.3. Các nghiên cứu về trượt đất đá tại Việt Nam .................................................... 21 1.3.1. Nghiên cứu về đặc điểm phân bố, nguyên nhân, động lực của khối trượt và động lực của quá trình trượt ..................................................................................... 21 1.3.2. Nghiên cứu về độ ổn định của mái dốc .......................................................... 21 1.3.3. Nghiên cứu về phân loại trượt đất đá và các loại hình dịch chuyển đất đá .... 22 1.3.4. Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp phòng chống trượt ............................... 23 1.3.5. Nghiên cứu lập quy hoạch và phân vùng trượt đất ........................................ 24 1.4. Nhận xét và hướng nghiên cứu ......................................................................... 27 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH ĐOẠN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ ........................................................................ 28 2.1. Hiện trạng trượt đất đá trên đường HCM đoạn ĐK–TM .................................. 28 2.1.1. Hiện trạng trượt đất đá đoạn ĐaKrông đến Pêke ........................................... 28 iv 2.1.2. Hiện trạng trượt đất đá đoạn Peke đến xã Hồng Thủy ................................... 30 2.1.3. Hiện trạng trượt đất đá đoạn Hồng Thủy đến xã A Đớt ................................. 31 2.1.4. Hiện trạng trượt đất đá đoạn xã A Đớt đến xã A Tép .................................... 31 2.1.5. Hiện trạng trượt đất đá đoạn xã A Tép đến Hiên ........................................... 36 2.1.6. Hiện trạng trượt đất đá đoạn Hiên đến Thị trấn Thạnh Mỹ ........................... 38 2.1.7. Một số đặc điểm của các khối trượt ............................................................... 46 2.2. Các yếu tố thúc đẩy hiện tượng trượt đất đá trên đường HCM đoạn ĐK–TM . 49 2.2.1. Đặc điểm khí hậu ............................................................................................ 49 2.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất ............................................................................. 52 2.2.3. Cấu trúc - kiến tạo, vận động kiến tạo hiện đại .............................................. 63 2.2.4. Đặc điểm phong hóa và tính chất cơ lý của đất đá trong các đới, phụ đới phong hóa ............................................................................................................................ 67 2.3. Kết luận Chương 2 ............................................................................................ 72 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH TRƯỢT ĐẤT ĐÁ TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ ...................................................................................... 75 3.1. Tổng quan về nghiên cứu mô hình vật lý .......................................................... 75 3.2. Xây dựng mô hình máng trượt đất .................................................................... 76 3.2.1. Tổng quan nghiên cứu trượt lở đất bằng mô hình máng trượt ....................... 76 3.2.2. Mục đích xây dựng mô hình ........................................................................... 79 3.2.3. Cơ sở lý thuyết xác định thời điểm khối trượt phát sinh ................................ 79 3.2.4. Các thông số của mô hình .............................................................................. 80 3.2.5. Phương pháp thí nghiệm ................................................................................ 81 3.2.6. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................... 81 3.2.7. Công tác lắp đặt thiết bị thí nghiệm ............................................................... 85 3.3. Kết quả thí nghiệm ............................................................................................ 89 3.3.1. Kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng ........................................................... 91 3.3.2. Kết quả quan trắc độ dịch chuyển .................................................................. 92 3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm ............................................................................. 95 3.4.1. Phân tích sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng ............................................... 95 3.4.2. Phân tích sự dịch chuyển của khối trượt ........................................................ 95 v 3.4.3. Phân tích sự thay đổi của vận tốc khối trượt .................................................. 96 3.4.4. Phân tích cơ chế dịch chuyển của khối trượt ................................................. 97 3.5. Tính toán lực gây trượt ...................................................................................... 97 3.6. Tính toán lực gây trượt bằng phương pháp số ................................................ 104 3.7. Kết luận chương 3 ........................................................................................... 106 CHƯƠNG 4. LUẬN CHỨNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRƯỢT THÍCH HỢP ĐOẠN TUYẾN ĐAKRÔNG – THẠNH MỸ ....................................................... 108 4.1. Đánh giá hiện trạng xử lý trượt trên tuyến nghiên cứu ................................... 108 4.1.1. Các giải pháp xử lý trượt đã sử dụng ........................................................... 108 4.1.2. Đánh giá hiệu quả các giải pháp xử lý trượt ................................................ 108 4.2. Nguyên tắc xử lý trượt đất đá .......................................................................... 110 4.3. Các giải pháp xử lý trượt ................................................................................. 111 4.3.1. Các giải pháp xử lý khối trượt do hoạt động kiến tạo hiện đại .................... 111 4.3.2. Các giải pháp xử lý đá đổ ............................................................................. 111 4.3.3. Các giải pháp xử lý trượt đất, đá .................................................................. 113 4.4. Luận chứng giải pháp xử lý trượt đất thích hợp tại đường HCM đoạn ĐK–TM. ................................................................................................................................ 119 4.4.1. Cơ sở luận chứng .......................................................................................... 119 4.4.2. Giải pháp xử lý thích hợp ............................................................................. 119 4.4.3. Xử lý một số điểm trượt trên đoạn tuyến ĐaKrông – Thạnh Mỹ ................ 120 4.5. Kết luận chương 4 ........................................................................................... 137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 138 1. Kết luận .............................................................................................................. 138 2. Kiến nghị ............................................................................................................ 139 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................................... 139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................... 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 141 Phụ lục 1 (45 trang) Phụ lục 2 (9 trang) vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CRED Centre for Research on the Epidemiology of Disasters - Trung tâm nghiên cứu về bệnh dịch và thiên tai Đường HCM, đoạn ĐK-TM Đường Hồ Chí Minh, đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ ICL The International Consortium on Landslides – Hội trượt đất Quốc tế NCS Nghiên cứu sinh ODA Official Development Assistance Hỗ trợ Phát triển Chính thức Viện KH&CN GTVT Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải RQD Rock Quality Designation - Chỉ số chất lượng đá DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Kí hiệu Đơn vị Giải thích ý nghĩa ρ g/cm³ Khối lượng riêng w % Độ ẩm ρw g/cm³ Khối lượng thể tích ρbh g/cm³ Khối lượng thể tích ở trạng thái bão hòa ρc g/cm³ Khối lượng thể tích ở trạng thái khô n % Độ lỗ rỗng e - Hệ số rỗng G % Độ bão hòa k cm/s Hệ số thấm vii LL % Độ ẩm giới hạn chảy PL % Độ ẩm giới hạn dẻo PI % Chỉ số dẻo (PI=LL-PL) φ độ Góc ma sát trong c kPa Lực dính đơn vị φbh độ Góc ma sát trong ở trạng thái bão hòa cbh kPa Lực dính đơn vị ở trạng thái bão hòa Rn MPa Cường độ kháng nén Rt MPa Cường độ kháng kéo E MPa Mô đun đàn hồi Eo MPa Mô đun biến dạng viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Thống kê thiệt hại do trượt đất đá trên thế giới giai đoạn 1950-2020 ....... 7 Hình 1.2. Trượt đất đá tại Rossberg, Thụy Sỹ, 1806 ................................................. 8 Hình 1.3. Đập Vaiont, Italia trước khi xảy ra trượt đất .............................................. 9 Hình 1.4. Đập Vaiont, Italia sau khi xảy ra trượt đất ................................................. 9 Hình 1.5. Trượt đất tại làng Tân Ma, huyện Mậu, tỉnh Tứ Xuyên, Trung Quốc, 6/2017 .................................................................................................................................. 10 Hình 1.6. Trượt đất đá tại Nhà máy Thủy điện Rào Trăng 3, xã Phong Xuân, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên - Huế, năm 2020 ....................................................... 10 Hình 1.7. Trượt tại doanh trại đoàn Kinh tế quốc phòng 337 (bản Cợp, xã Hướng Phùng, huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị), năm 2020 ........................................... 11 Hình 1.8. Biểu đồ phân tích ổn định mái dốc theo Janbu (1968) ............................. 16 Hình 1.9. Kết quả tính ổn định mái dốc sử dụng phần mềm Geostudio/GeoslopeW .................................................................................................................................. 17 Hình 1.10. Bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt đất đá trên bờ dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế (Nguyễn Thị Thanh Nhàn, 2014) .............................. 26 Hình 2.1. Vị trí đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ .......................... 28 Hình 2.2. Điểm trượt km267T+700 và mặt cắt địa chất công trình ......................... 29 Hình 2.3. Vết nứt trên đỉnh mái dốc tại km315T+700 ............................................. 30 Hình 2.4. Điểm trượt km368T+798 nằm trong đứt gãy kiến tạo hiện đại ĐaKrông – A Lưới đang hoạt động ............................................................................................. 32 Hình 2.5. Nứt đất trên taluy dương tại điểm km371T+500 ..................................... 32 Hình 2.6. Khối trượt tràn qua đỉnh tường chắn ở km372T+400 .............................. 33 Hình 2.7 - Điểm trượt tại km395T+100 và mặt cắt địa chất công trình................... 34 Hình 2.8. Mặt đường km395T+100 bị đẩy trồi lên khoảng 0,5 m ........................... 34 Hình 2.9. Đo nước ngầm xuất lộ tại km386T+490 và mặt cắt địa chất công trình .. 34 Hình 2.10. Trượt dạng khối nêm tại km386T+400 .................................................. 35 Hình 2.11. Điểm trượt km403T+272 và mặt cắt địa chất công trình ....................... 36 Hình 2.12. Điểm trượt km427T+350, mái dốc xuất hiện vách trượt ở độ cao 30 m .... 37 Hình 2.13. Điểm trượt km429T+000 và mặt cắt địa chất công trình ........................... 37 Hình 2.14. Điểm trượt km444T+500 và mặt cắt địa chất công trình ........................... 38 Hình 2.15. Điểm trượt km413T+485 và mặt cắt địa chất công trình .............................. 38 ix Hình 2.16. Điểm trượt km477T+393 và mặt cắt địa chất công trình ....................... 39 Hình 2.17. Khối trượt km448T+634 và mặt cắt địa chất công trình ........................ 41 Hình 2.18. Điểm trượt km 496T+510 và mặt cắt địa chất công trình ...................... 41 Hình 2.19. Mức độ phong hóa không đồng đều làm mất chân taluy gây đá đổ tại km489T ..................................................................................................................... 42 Hình 2.20. Quan hệ giữa số lượng điểm trượt phát sinh trong năm và lượng mưa bình quân năm và lượng mưa ngày lớn nhất tại các trạm trong khu vực ......................... 44 Hình 2.21. Quan hệ giữa số lượng điểm trượt phát sinh trong năm và lượng mưa ngày lớn nhất và lượng mưa giờ lớn nhất tại các trạm trong khu vực .............................. 44 Hình 2.22. Biểu đồ quy mô điểm trượt và số lượng điểm trượt ............................... 47 Hình 2.23. Biểu đồ lượng mưa hàng năm tại vùng nghiên cứu giai đoạn 2007 - 2021 .. 50 Hình 2.24. Biểu đồ lượng mưa trung bình tháng tại vùng nghiên cứu giai đoạn 2007 - 2021........................................................................................................................... 51 Hình 2.25. Bản đồ lượng mưa trung bình năm tại khu vực nghiên cứu (Viện Khí tượng Thủy văn) .................................................................................................................. 52 Hình 2.26. Bản đồ địa chất dọc đường HCM, đoạn ĐK-TM tỷ lệ 1/200.000 (thu nhỏ thu nhỏ từ các tỷ lệ tương ứng) ................................................................................ 55 Hình 2.27. Trầm tích Đệ Tứ Pleistocen giữa – trên (QII-III) phân bố dọc đường Hồ Chí Minh, chủ yếu dọc thung lũng A Sầu – A Lưới ................................................ 60 Hình 2.28. Phụ hệ uốn nếp Trường Sơn và các đứt gãy chính tại khu vực nghiên cứu . 64 Hình 2.29. Bản đồ đứt gãy khu vực nghiên cứu ....................................................... 65 Hình 2.30. Bồn trũng A Lưới và đứt gãy kiến tạo hiện đại ...................................... 66 Hình 2.31. Bản đồ địa chất dọc đường HCM, đoạn ĐK-TM và vị trí các điểm trượt đất tỷ lệ: 1/50.000 (thu nhỏ từ các tỷ lệ tương ứng) ................................................ 74 Hình 3.1. Mô hình vật lý 1-g và mô hình ly tâm địa kỹ thuật .................................. 76 Hình 3.2. Các đường nghịch đảo của vận tốc trung bình đo được trong thí nghiệm mô hình máng trượt .................................................................................................. 77 Hình 3.3. Lực tác động bên trong sườn dốc ............................................................. 79 Hình 3.4. Cấu tạo máng trượt ................................................................................... 82 Hình 3.5. Máng trượt chế tạo tại Viện KH&CN GTVT .......................................... 82 Hình 3.6. Hệ thống quan trắc của máng trượt ............................................................. 83 Hình 3.7. Kẻ lưới trên máng trượt ............................................................................ 85 Hình 3.8. Cân khối lượng ......................................................................................... 85 x Hình 3.9. Đặt các hộp mica vào vị trí trên máng thép.............................................. 85 Hình 3.10. Hệ thống phun mưa ................................................................................ 86 Hình 3.11. Điều chỉnh áp lực phun và đo cường độ mưa ........................................ 86 Hình 3.12. Dụng cụ san nền mái dốc ....................................................................... 87 Hình 3.13. Đắp đất trên máng trượt ......................................................................... 87 Hình 3.14. Bão hoà đầu đo áp lực nước lỗ rỗng....................................................... 87 Hình 3.15. Hiệu chỉnh đầu đo áp lực nước lỗ rỗng .................................................. 87 Hình 3.16. Đầu đo chiều cao mực nước ................................................................... 88 Hình 3.17. Thiết bị đo dãn dài .................................................................................. 88 Hình 3.18. Điểm đánh dấu ........................................................................................ 88 Hình 3.19. Phần mềm ghi số liệu quan trắc ............................................................. 88 Hình 3.20. Khối đất trên máng trượt được đặt các điểm đánh dấu để quan trắc ........... 88 Hình 3.21. Quỹ đạo chuyển động của các điểm đánh dấu tại thời điểm bắt đầu trượt .. 90 Hình 3.22. Hình dạng khối tr