Vì sao trượt lở lại thường xảy ra vào ban đêm, kèm theo tiếng nổ lớn?

Thứ ba - 03/11/2020 03:08
mot diem sat lo dat o huyen son tay tinh quang ngaitay
Một điểm sạt lở đất tại huyện Sơn Tây tỉnh Quảng Ngãi

Chỉ trong vòng chưa đầy một tháng (tháng 10/2020), trên địa bàn tỉnh Quảng Nam đã xảy ra các vụ sạt lở nghiêm trọng tại các xã Trà Leng, Trà Mai, Trà Vân huyện Nam Trà My và địa bàn xã Phước Lộc huyện Phước Sơn. Để giải thích nguyên nhân gây ra các hiện tượng này, PGS.TS Trần Tân Văn – Viện trưởng Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đã có những chia sẻ liên quan về vấn đề này, Ban Quản lý  CVĐC Lý Sơn – Sa Huỳnh tổng hợp để bạn đọc cùng tham khảo.
Câu hỏi vì sao trượt lở lại hay xảy ra vào ban đêm và kèm theo tiếng nổ, một cách tương đối khoa học theo PGS.TS  Trần Tân Văn lý giải một số ý như sau:

1. Vì sao lại hay xảy ra vào ban đêm?

Các nhà địa kỹ thuật có lẽ chỉ quan tâm đến tương quan giữa hai lực gây trượt và lực kháng trượt. Và bao giờ lực gây trượt bằng hoặc lớn hơn lực kháng trượt thì sẽ xảy ra trượt. Tỷ số giữa hai lực này (lực kháng trượt/lực gây trượt) gọi là hệ số an toàn (hoặc hệ số ổn định SF). Một sườn dốc muốn ổn định, không trượt thì SF thường phải lớn hơn 1, ít nhất cũng phải 1,2-1,3. Đối với các sườn dốc quan trọng thì phải từ 1,5 trở lên.

Một cách đơn giản nhất theo lý thuyết Mohr-Coulomb thì sức bền đất đá được cấu thành từ hai lực: lực kết dính (giữa các hạt đất, đá) và lực ma sát (cũng giữa các hạt đất, đá, nhưng chỉ được huy động khi bắt đầu có dịch chuyển giữa chúng).
Mô phỏng một khối trượt, cũng một cách đơn giản nhất, gồm có khối trượt, mặt trượt và phần đất đá ổn định không tham gia vào quá trình trượt nằm bên dưới mặt trượt. Tương quan giữa lực gây trượt và lực kháng trượt (sức bền đất đá) được xem xét dọc theo mặt trượt này. Mặt trượt này trong tự nhiên có thể đã có sẵn (thí dụ các mặt giảm yếu như khe nứt, đứt gãy, mặt phân lớp...) hoặc chưa từng tồn tại cho đến khi xảy ra trượt (thí dụ trong một khối đất đá đồng nhất, không bị dập vỡ, nứt nẻ gì).
Trọng lượng của khối trượt (ngoài ra có thể còn có các phụ tải khác) đè xuống mặt trượt có thể chia thành 2 vector lực, một xuôi theo sườn dốc (đây chính là lực gây trượt), và một đè vuông góc với mặt trượt (lại chính là yếu tố tạo nên lực ma sát, kháng lại quá trình trượt).

Nếu chỉ có thế thì cơ bản là sườn dốc sẽ không bị trượt, còn quên một yếu tố nữa: Nước. Nước trong các lỗ rỗng giữa các hạt đất, đá. Các nhà địa kỹ thuật đã tổng kết rằng nước là kẻ thù số 1 của các sườn dốc. Khi xét đến độ ổn định của một sườn dốc, họ chỉ để ý đến 3 nhóm yếu tố: 1. Tính chất cơ lý của đất đá (các lực kết dính và lực ma sát kể trên, cơ bản thế); 2. Hình thái sườn dốc (chiều cao, độ dốc sườn, đại khái thế, vì những yếu tố này quyết định trọng lượng của khối trượt); và 3. Nước. Một sườn dốc khô cơ bản là sẽ không trượt. Một sườn dốc bão hòa nước sẽ yếu nhất vì: 1. Làm tăng thêm trọng lượng của khối trượt; và 2. Làm giảm sức bền đất đá. Tất nhiên một sườn dốc cũng có thể bị trượt khi chưa bị bão hòa hoàn toàn, tùy thuộc vào tương quan giữa hai nhóm lực kháng trượt và gây trượt kể trên.

Cụ thể nước đóng vai trò gì trong việc này? Lý thuyết địa kỹ thuật nói rằng trọng lượng của khối đất đá đè lên mặt trượt tiềm năng tạo nên trong đất đá một ứng suất, gọi là ứng suất tổng. Ứng suất tổng này là tổng của hai ứng suất, một là của chính các hạt đất đá (gọi là ứng suất hữu hiệu), và một là của nước trong các lỗ rỗng (tiếng Anh gọi là pore pressure). Chỉ có cái ứng suất hữu hiệu kia mới tạo nên lực kháng trượt. Vì thế một sườn dốc khô (không có pore pressure) thì ứng suất tổng bằng ứng suất hữu hiệu và sẽ ổn định nhất. Khi tích nước vào thì pore pressure sẽ tăng, ứng suất tổng sẽ lớn hơn ứng suất hữu hiệu và sườn dốc sẽ kém ổn định dần.

Nhưng nếu chỉ có vậy thì vẫn còn quá đơn giản. Các nhà địa kỹ thuật còn cho biết rằng nếu cái pore pressure kia chỉ tăng dần hoặc giảm dần một cách từ từ, chầm chậm thì còn đỡ. Nếu nó thay đổi đột ngột (thí dụ tăng lên quá nhanh khi trời đổ mưa to bất ngờ, hoặc giảm đi quá nhanh khi hạn hán kéo dài, hoặc nước trong sườn dốc bị hút đi đột ngột, mực nước ngầm trong đất đá bị hạ thấp đột ngột...) thì sườn dốc không kịp trở tay, không kịp thích ứng, không kịp huy động sức bền... và kết quả là sẽ trượt rất sớm. Trong địa kỹ thuật gọi đó là excessive pore pressure (áp lực nước lỗ rỗng dư), tăng quá nhanh sẽ tạo ra positive excessive pore pressure (áp lực nước lỗ rỗng dư dương), giảm quá nhanh sẽ tạo ra negative excessive pore pressure (áp lực nước lỗ rỗng dư âm), cả hai trường hợp đều rất tệ.

Thí dụ khi nào thì xuất hiện áp lực nước lỗ rỗng dư âm? Khoảng 20 năm trước ở Hà Nội bắt đầu xây nhà cao tầng, và vì thế phải đào móng sâu. Đào móng sâu thì gặp nước ngầm, và người ta phải bơm hút, tháo khô hố móng để thi công tiếp. Khi bơm hút quá nhanh thì mực nước ngầm ở dưới các công trình bên cạnh bị hạ thấp quá nhanh, kết quả là những công trình này nghiêng đổ, lún. Thi thoảng mùa khô có chuyện một đoạn đường ven sông tự nhiên sụp xuống, đó là vì mực nước sông rút xuống quá nhanh, khiến nước ngầm trong đất ven sông chảy ra sông cũng quá nhanh. Đó chính xác là những gì vừa xảy ra năm 2019 ở Cà Mau, với hàng ngàn điểm trượt sạt dọc theo các kênh rạch. Và tình hình đó chỉ giảm đi khi tỉnh đưa ra giải pháp mở cống ngăn mặn ra cho nước biển tràn vào. Chính xác là áp lực nước lỗ rỗng, và chính xác hơn là áp lực nước lỗ rỗng dư, hoặc âm hoặc dương.
Theo cá nhân PGS.TS Trần Tân Văn thì cho rằng có 2 khả năng:

- Một là trượt có thể xảy ra bất kỳ lúc nào ngày hay đêm. Nhưng vì các vụ trượt ban ngày ít khi, hoặc không gây thiệt hại nên người ta không để ý. 
- Hai là, ngoài sự giảm áp vào ban đêm, lý do chính có lẽ là do sự giảm nhiệt độ của nước trong đất đá, dẫn đến giảm thể tích của nước trong đất đá, tức là làm giảm áp lực nước lỗ rỗng (một cách khá đột ngột như trên đã giải thích), khiến cho sườn dốc bị trượt. 

2. Vì sao trượt lở có thể lại kèm theo tiếng nổ?

Nổ khi cấu trúc của đá bị phá hủy, lúc đầu còn ít, còn nhỏ, càng ngày càng lớn dần, mau dần, đậm đặc dần và vì thế càng to dần, to nhất khi cấu trúc của đá sắp bị phá hủy hoàn toàn. Sau đó thì không còn tiếng nổ kiểu như thế nữa mà chỉ còn những tiếng động do va đập. Tiếng Anh gọi là progressive failure.

Dưới tác động của một lực nén thì trong mẫu đá sẽ xuất hiện một trường ứng suất ba chiều, sigma 1, sigma 2 và sigma 3. Ở bất kỳ một điểm nào trong mẫu đá cũng có cả ba cái ứng suất đó, và tất nhiên là độ lớn của chúng thay đổi từ điểm này đến điểm kia. Mà đá thì cơ bản là được cấu thành từ các khoáng vật, các hạt, các mảnh đá... gắn kết với nhau. Đương nhiên thế nào chả có chỗ khỏe, chỗ yếu, chỗ khuyết tật, đại khái thế. Thế là khi cái lực nén đó tăng dần thì ứng suất xuất hiện trong mẫu đá cũng lớn dần. Đá huy động mọi sức bền của nó (lúc đầu chỉ có lực kết dính thôi) để kháng cự lại cái lực nén kia. Thế nhưng đến một lúc nào đó nó không chịu nổi nữa, thế là đầu tiên ở một điểm yếu nhất (thường là ở chỗ các khuyết tật) bắt đầu xuất hiện một vi khe nứt nhỏ li ti, giải phóng năng lượng ra dưới dạng một tiếng nổ, kiểu như vi chấn micro-tremor. Và khi cái lực nén đó cứ tiếp tục tăng dần thì cái vi khe nứt đó cứ phát triển dần theo hai đầu của nó.

Lực nén càng ngày càng tăng dần thì số lượng vi khe nứt xuất hiện càng ngày càng lớn, càng ngày càng mau, theo kiểu progressive failure như đã kể trên. Và tình cờ là chúng lại tập trung rất nhiều dọc theo một đới, gần như một mặt phẳng. Nếu ta hình dung một mẫu đá hình trụ dài thì cái đới đó sẽ xuất hiện chéo góc từ trên xuống, dần dần tạo thành cái mà chúng ta gọi là mặt phá hủy, hay mặt trượt - failure plane. Đương nhiên là kèm theo giải phóng năng lượng - tiếng nổ.
Ngoại suy ra thì các đứt gãy xuất hiện trên mặt đất/trong lòng Trái Đất cơ bản cũng có cơ chế hình thành như vậy. Và ngắn gọn lại thì tiếng nổ xuất hiện trong các vụ trượt lở do cấu trúc đá bị phá hủy nó cũng tương tự như khi xảy ra động đất. Tất nhiên tốc độ gia tăng lực nén càng nhanh thì tốc độ giải phóng năng lượng, phát ra tiếng nổ cũng càng lớn, sức công phá càng lớn và đứt gãy càng sớm xuất hiện, trượt lở xảy ra càng sớm, càng nhanh, kiểu như ra đòn càng nhanh thì mặt càng nhanh bị sưng lên vậy.

Ban Quản lý CVĐC Lý Sơn – Sa Huỳnh hy vọng với những thông tin chia sẻ hữu ích, gần gũi, dễ hiểu của PGS.TS Trần Tân Văn - Viện trưởng Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản Việt Nam về hiện tượng sạt lở xảy ra trong thời gian vừa qua trên địa bàn các tỉnh miền Trung sẽ phần nào giúp quý độc giả hiểu thêm về các hiện tượng nêu trên./.

 

Tác giả bài viết: Ban Quản lý CVĐC LSSH


Liên hệ quảng cáo 02553.829.473

Ban quản lý Công viên địa chất Lý Sơn - Sa Huỳnh

Địa chỉ: 105 Hùng Vương, TP Quảng Ngãi, Tỉnh Quảng Ngãi, Việt Nam.
Số điện thoại: 02553.829.473.
Email: lysongeoparkvn@gmail.com
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây