ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_______________________

Bùi Thị Nhung

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁ HỦY NỀN DO ĐỘNG ĐẤT CHO

KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI PHỤC VỤ

CÔNG TÁC QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ RỦI RO ĐÔ THỊ

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 62440111

(DỰ THẢO)TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội - 2018

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Người hướng dẫn khoa học:

Hướng dẫn chính : PGS.TS. Nguyễn Hồng Phương

Hướng dẫn phụ : PGS.TS. Đỗ Đức Thanh

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm

luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vào hồi giờ ngày tháng năm 20...

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam.

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội.

3

MỞ ĐẦU

Động đất là một dạng thiên tai không thường xuyên xẩy ra nhưng

những tác hại do động đất gây ra thì vô cùng lớn. Trong đó sự phá hủy nền

được coi là hệ quả trực tiếp của động đất mạnh như trượt lở nền và hóa lỏng

nền.

Các vùng đô thị là những vùng rất nhạy cảm với các thảm họa. Hà Nội

là một thành phố có tốc độ phát triển rất nhanh.Trong khi đó Hà Nội nằm

trong vùng có độ nguy hiểm động đất khá cao. Trong hoạt động lập kế hoạch

và quản lý rủi ro đô thị, các vấn đề liên quan tới rủi ro động đất nói chung

cũng như hiện tượng phá hủy nền nói riêng cần phải được quan tâm.

Phá hủy nền kèm theo động đất mạnh là hiện tượng khá phổ biến và

được nghiên cứu nhiều trên thế giới. Tuy nhiên, do hiện tượng này chưa bao

giờ xẩy ra ở Việt Nam nên các nghiên cứu về phá hủy nền do động đất ở Việt

Nam cho đến nay vẫn mang tính dự báo và chủ yếu tập trung vào hai hướng

chính là 1) đánh giá khả năng phá hủy nền cho các khu vực đô thị, trong đó

yếu tố địa chấn được chú trọng và 2) đánh giá độ an toàn của hệ thống đê

điều dưới tác động của động đất, ở đây yếu tố địa kỹ thuật được chú trọng.

Hai hướng nghiên cứu này còn chuyên sâu và độc lập với nhau.

Trên cơ sở các phân tích nêu trên và xuất phát từ ý tưởng về sự kết hợp

các yếu tố địa chấn và địa kỹ thuật trong cùng một phương pháp đánh giá khả

năng phá hủy nền do động đất, đề tài “Đánh giá khả năng phá hủy nền do

động đất cho khu vực nội thành thành phố Hà Nội phục vụ công tác quy

hoạch và quản lý rủi ro đô thị” được đặt ra.

Mục đích của luận án

- Tìm hiểu, áp dụng một hệ phương pháp luận cho phép kết hợp các

yếu tố địa chấn và địa kỹ thuật trong đánh giá khả năng phá hủy nền do động

đất phù hợp với các điều kiện của Việt Nam. Từ đó nâng cao năng lực, phát

triển hướng nghiên cứu độc lập về đánh giá phả hủy nền do động đất tại Việt

Nam.

- Xây dựng bức tranh toàn cảnh về khả năng phá hủy nền với các động

đất kịch bản hiện thực cho khu vực nội thành Hà Nội, phục vụ công tác quy

hoạch và quản lý rủi ro đô thị.

4

Ý nghĩa khoa học của luận án:

Luận án tìm hiểu, bổ sung tiến tới hoàn thiện một hệ phương pháp luận

trong đánh giá khả năng hóa lỏng nền do động đất cho Việt Nam với những

cải tiến cho phù hợp với các điều kiện của Việt Nam, và được áp dụng cho

khu vực nội thành của thành phố Hà Nội. Các yếu tố địa chấn và địa kỹ thuật

được chú trọng bao hàm trong cùng một phương pháp, đã cung cấp cơ sở

phương pháp luận cho các nghiên cứu đánh giá phá hủy nền các khu vực đô

thị của Việt Nam trong tương lai.

Ý nghĩa thực tiễn của luận án:

1. Tập cơ sở dữ liệu đa dạng, khá đầy đủ (lỗ khoan, địa chất công

trình, địa chất thủy văn, địa mạo, địa chấn) được cập nhật từ các công trình

có liên quan phục vụ trong các tính toán và phân tích của luận án, đây là

nguồn dữ liệu quý giá cho mục tiêu nghiên cứu đánh giá phá hủy nền và rủi

ro đô thị cho thành phố Hà Nội.

2. Kết quả của luận án sẽ có những đóng góp đáng kể trong việc phòng

chống và giảm nhẹ hậu quả do động đất gây ra cho cộng đồng đô thị, làm cơ

sở để lập các kế hoạch quản lý rủi ro và ứng phó động đất cho toàn bộ thành

phố Hà Nội.

Những điểm mới của luận án

1. Bản đồ phân loại nền đất địa phương khu vực nội thành Hà Nội

được thực hiện theo các tài liệu địa chất công trình, địa vật lý dựa trên tiêu

chuẩn NEHRP có đối chiếu với tiêu chuẩn của Việt Nam. Với phạm vi

nghiên cứu mở rộng và nguồn số liệu cập nhật mới đầy đủ nhất đến thời điểm

hiện nay.

2. Áp dụng phương pháp mới cho phép tổ hợp các đặc điểm địa chất

và địa mạo trong đánh giá mức độ nhạy cảm với hóa lỏng của đất nền khu

vực Hà Nội mở rộng. Chỉ ra các vùng với mức độ nhạy cảm khác nhau đối

với hiện tượng hóa lỏng nền trong động đất.

3. Trình bày một hệ phương pháp luận cho phép kết hợp các yếu

tố địa chấn và địa kỹ thuật trong đánh giá khả năng phá hủy nền do động

đất và đã được áp dụng cho thành phố Hà Nội như một hướng nghiên cứu

độc lập. Các kết quả áp dụng đánh giá nguy hiểm hóa lỏng nền vùng nội

thành thành phố Hà Nội: bao gồm việc đánh giá mức độ nguy hiểm hóa

5

lỏng nền dựa vào các giá trị hệ số an toàn kháng hóa lỏng của mỗi lớp đất

riêng biệt và dự báo khả năng xẩy ra phá hủy nền do hóa lỏng bề mặt theo

xác suất tính theo chỉ số LPI trong các kịch bản động đất hiện thực.

Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị về các nghiên cứu tiếp theo

luận án được bố cục gồm 4 chương:

Chương 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu phá hủy nền do động đất.

Chương 2. Phân loại nền đất nội thành thành phố Hà Nội và nghiên cứu

phá hủy nền do động đất.

Chương 3. Đánh giá độ nhạy cảm hóa lỏng nền do động đất khu vực thành

phố Hà Nội.

Chương 4. Đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất khu vực nội

thành thành phố Hà Nội.

Kết quả của luận án đã được công bố trong: 01 bài hội nghị quốc tế và

03 bài báo trong nước

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁ HỦY NỀN

DO ĐỘNG ĐẤT

1.1. Lịch sử nghiên cứu phá hủy nền do động đất

Phá hủy nền là một trong những chủ đề thú vị nhưng phức tạp và gây

nhiều tranh cãi trong giới chuyên gia động đất. Chỉ sau những ảnh hưởng tàn

phá của nó ở Alaska (Mỹ) và Niigata (Nhật Bản) do động đất cùng xẩy ra

năm 1964 với độ lớn lần lượt M=9.2 và M=7.5 mới thực sự thu hút sự chú ý

của các nhà khoa học địa chấn trên thế giới và buộc họ suy nghĩ về nó. Thuật

ngữ phá hủy nền đã được Mogami & Kubo, 1953 lần đầu tiên đưa ra. Nhìn

chung, có hai hướng nghiên cứu phá hủy nền được thực hiện rộng rãi từ

trước đến nay. Hướng đầu tiên dựa trên bản đồ phá hủy nền lịch sử. Hướng

thứ hai, một bản đồ nguy hiểm phá hủy nền phân chia vùng thành các khu

vực có mức độ nguy hiểm phá hủy nền khác nhau. Nhiều nhà nghiên cứu đã

thực hiện hợp cả hai hướng nghiên cứu này.

Nhiều nhà nghiên cứu đã áp dụng thành công khái niệm bản đồ nguy

hiểm phá hủy nền với các hiện tượng trượt lở và hóa lỏng nền. Điều này đã

được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau đó là: 1) Phương pháp

6

Hazus được phát triển bởi FEMA và 2) Phương pháp phân tích sử dụng số

liệu địa kỹ thuật tại chỗ.

Sự phát triển nhanh của máy tính điện tử đã làm cuộc cách mạng về

nghiên cứu cũng như phát triển kỹ thuật động đất kể từ những năm 1960.

Tại Việt Nam các nghiên cứu về hiện tượng phá hủy nền được thực

hiện chủ yếu theo hai hướng chính là 1) đánh giá khả năng phá hủy nền cho

các khu vực đô thị và 2) đánh giá độ an toàn của hệ thống đê điều dưới tác

động của động đất.

Hướng nghiên cứu hóa lỏng nền trong đánh giá rủi ro động đất đô thị đã

được các chuyên gia địa chấn bắt đầu thực hiện ở Việt Nam từ những năm

đầu của thế kỷ 21, trên cơ sở phương pháp luận của FEMA. Độc lập với

hướng nghiên cứu trên, hướng nghiên cứu hóa lỏng nền phục vụ đánh giá an

toàn cho hệ thống đê điều và các công trình thủy lợi cũng được nhóm các

chuyên gia thủy lợi thực hiện ở Việt Nam trong những năm gần đây.

Phương pháp luận áp dụng trong các nghiên cứu theo hướng này để tính khả

năng hóa lỏng của mỗi lớp đất riêng biệt dựa vào hệ số kháng hóa lỏng của

nó.

1.2. Tác động của phá hủy nền

1.3. Hóa lỏng nền do động đất

Ở luận án này đối tượng nghiên cứu đánh giá khả năng phá hủy nền là

khu vực nội thành thành phố Hà Nội vốn có địa hình tương đối bằng phẳng,

khả năng trượt lở nền và phá hủy bề mặt không cao nên luận án sẽ tập trung

nghiên cứu hiện tượng hóa lỏng nền do động đất cho nội thành thành phố Hà

Nội.

1.3.1. Các khái niệm hóa lỏng nền

Các chuyên gia khác nhau có các cách khác nhau khi định nghĩa về hóa

lỏng, dưới đây là một số khái niệm về hóa lỏng nền hay được sử dụng nhất:

+ Hóa lỏng nền là một hiện tượng trong đó ứng suất và độ cứng của đất

bị giảm do chấn động địa chấn hoặc sự giảm tải đột ngột khác.

+ Hóa lỏng nền là quá trình các trầm tích dưới mực nước ngầm bị mất

ứng suất và có hành vi giống chất lỏng hơn chất rắn chủ yếu do các sóng địa

chấn gây ra.

7

1.3.2. Cơ chế hóa lỏng nền

1.3.3. Các điều kiện đối với hóa lỏng nền

Điều kiện về vị trí và loại đất rất nhạy cảm với sự hóa lỏng là như sau:

Điều kiện về vị trí

- Vị trí đó gần tâm chấn hoặc phá hủy đứt gẫy của một trận động đất lớn

đủ để có thể gây cho đất nhậy cảm hóa lỏng.

- Vị trí đó có một tầng nước ngầm gần mặt đất.

Loại đất rất nhạy cảm với sự hóa lỏng đối với các điều kiện vị trí đã cho

- Cát có sự xắp xếp đồng nhất và các hạt đất bị mài tròn, ở trạng thái mật

độ xốp, rất xốp, mới được lắng đọng gần đây mà không có sự gắn kết giữa

các hạt đất và không có tải trọng trước hoặc đang rung động động đất.

1.3.4. Các kiểu hóa lỏng nền

1.3.4.1. Các hóa lỏng nền được đặc trưng bởi dịch chuyển nền ngang

1.3.4.2. Các hóa lỏng nền đặc trưng bởi dịch chuyển thẳng đứng

1.3.5. Các tiêu chí để xác định và thành lập bản đồ hóa lỏng nền khu vực

+ Đất có nhạy cảm với hóa lỏng?

+ Nếu đất nhạy cảm, thì hóa lỏng sẽ được kích hoạt hay không?

+ Nếu hóa lỏng được kích hoạt, phá hủy sẽ xẩy ra hay không?

Chương 2

PHÂN LOẠI NỀN ĐẤT NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI

THEO CÁC TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH, ĐỊA VẬT LÝ

Theo các tiêu chí đánh giá khả năng hóa lỏng nền cho một khu vực như

đã trình bày ở chương 1, điều kiện đầu tiên cần xem xét là khu vực đó phải bị

tác động bởi chấn động địa chấn đủ lớn. Chấn động địa chấn được đặc trưng

bởi đại lượng rung động nền (như gia tốc nền cực đại-PGA hay vận tốc nền

cực đại-PGV). Độ lớn của các giá trị PGA (hoặc PGV) bị khuếch đại đáng kể

do hiệu ứng nền địa phương của các loại nền khác nhau trong khu vực. Vì

vậy, trong chương này sẽ tiến hành phân loại nền cho khu vực nội thành

thành phố Hà Nội.

2.1. Phạm vi nghiên cứu

Gồm 12 quận huyện nội thành Hà Nội (hình 2.1)

2.2. Số liệu sử dụng

8

Bao gồm 157 dữ liệu lỗ khoan được thu thập, chọn lọc từ các công

trình đã công bố trước đây và được biểu thị trên bản đồ khu vực nghiên cứu

(hình 2.1), trong đó có 117 lỗ khoan có giá trị SPT (Nspt) và 40 lỗ khoan

không có giá trị Nspt, chỉ có giá trị vận tốc sóng ngang (VS,30).

2.3. Phương pháp áp dụng

Tiêu chuẩn phân loại nền NEHRP của Mỹ được sử dụng để phân loại

nền trong luận án này.

Toàn bộ dữ liệu lỗ khoan nêu trên được sử dụng để phân loại nền cho

khu vực nghiên cứu. Dưới đây là ví dụ về quá trình thực hiện phân loại nền

cho lỗ khoan TX-22.

Trong lỗ khoan TX-22 với độ sâu từ mặt đất tới 45m có 7 lớp, mỗi lớp

có những đặc điểm hình thái, thành phần vật chất, các chỉ tiêu cơ lý, lực học

được tóm lược và phân loại nền như sau:

Lớp 1-lớp đất lấp nằm trên cùng, không có ý nghĩa trong xây dựng, vì

vậy các đặc trưng cơ lý và lực học của lớp này ít được chú ý.

Lớp 2-lớp đất sét pha màu nâu, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng, phân bố

dưới đáy lớp 1 từ độ sâu 1.2m đến 8.0m, bề dầy 6.8m, có N/30=7÷13, nên

được xếp vào nền loại E theo NEHRP.

Tương tự, các lớp 3 thuộc kiểu nền F, lớp 4 kiểu F, lớp 5 là nền E, lớp

6 là nền loại D, lớp 7 nền C.

Xét ở độ sâu từ bề mặt tới 30m thì nền loại F chiếm ưu thế nên nền F

có ý nghĩa quyết định đến khả năng phản ứng dưới tác động động đất tại

điểm này và vì vậy nền loại F được chọn cho lỗ khoan này.

Ranh giới của từng loại nền được xác định dựa vào kết quả phân loại

của từng lỗ khoan theo nguyên tắc nếu hai lỗ khoan gần nhau thể hiện hai

loại nền khác nhau thì điểm giữa hai lỗ khoan đó được chọn làm ranh giới

của 2 loại nền.

2.4. Phân loại nền đất khu vực nội thành thành phố Hà Nội

Ngoài những lỗ khoan có giá trị SPT, các lỗ khoan chỉ có giá trị vận tốc

sóng ngang VS,30 cũng được phân loại nền dựa vào giá trị VS,30 theo tiêu

chuẩn NEHRP.

9

Từ hình 2.1 chúng ta thấy phân bố lỗ khoan không bao phủ toàn bộ

vùng nghiên cứu, nên không thể tiến hành xây dựng bản đồ phân loại nền chỉ

từ thông tin lỗ khoan đã có. Tuy nhiên có thể sử dụng bản đồ phân loại nền

đã được tiến hành dựa trên các thông tin địa chất, địa vật lý, địa chất thủy

văn… đã được thành lập trước đây (hình 2.4) và bổ sung thông tin mới từ số

liệu lỗ khoan đã thu thập để thu được bản đồ phân loại nền tốt hơn cho khu

vực nghiên cứu.

Bản đồ phân loại nền mới cho khu vực nghiên cứu theo tài liệu lỗ

khoan được xây dựng dựa trên nguyên tắc hiệu chỉnh sau đây:

-Ở những khu vực trước đây chưa có thông tin phân loại nền sẽ được

phân loại nền theo thông tin mới từ lỗ khoan.

- Ở những khu vực đã có thông tin phân loại nền, tiến hành chỉnh lý

ranh giới nền theo thông tin mới từ lỗ khoan.

- Ở những khu vực không có thông tin mới từ lỗ khoan, sẽ giữ nguyên

loại nền hiện có.

Bản đồ phân loại nền mới xây dựng cho toàn vùng nghiên cứu được

trình bày trên hình 2.5.

Từ kết quả phân loại nền đất khu vực nghiên cứu như hình 2.5 cho

thấy:

Trên phạm vi khu vực nghiên cứu có mặt cả 3 loại nền D, E và F. Nền

loại E là loại nền chủ đạo chiếm diện tích gần như toàn bộ khu vực huyện

Gia Lâm, và các quận Long Biên, Hà Đông, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm,

Đống Đa, trong khi đó nền loại F rải rác ở một số khu vực huyện Thanh Trì,

quận Hoàng Mai, Thanh Xuân, phía Tây quận Từ Liêm. Sự phân bố của nền

loại D tập trung ở phía tây bắc vùng nghiên cứu như quận Tây Hồ, phía bắc

quận Thanh Xuân, một phần quận Từ Liêm, và một phần nhỏ trong quận Hà

Đông và quận Long Biên. Nhìn tổng quan có thể nhận định với toàn bộ khu

vực nghiên cứu nền đất yếu dần từ phía tây bắc xuống phía đông nam. Nền

khu vực ở mức trung bình yếu, nên cần chú ý đối với tác động của động đất.

10

Hình 2.2. Phân loại nền cho tập hợp các lớp đất trong 30m đầu tiên của

nền đất ở lỗ khoan TX-22

2.5. Đánh giá hiệu ứng khuếch đại nền địa phương

Hiệu ứng khuếch đại nền địa phương được hiệu chỉnh như sau:

(2.1)

11

ở đây, amax hay PGAi là gia tốc cực đại nền xác định cho nền loại i,

PGA là gia tốc cực đại nền xác định cho nền loại B, FA là hệ số khuếch đại

nền chu kỳ ngắn xác định cho nền loại i cho trong bảng 2.4.

Hình 2.5.

Kết quả

phân loại

nền đất

mới theo

tài liệu địa

chất công

trình, số

liệu các lỗ

khoan và

địa vật lý

khu vực

nội thành

Hà Nội

Bảng 2.4. Hệ số khuếch đại nền

Phổ gia tốc

nền loại B

Loại nền

A B C D E

SAS(g)

chu kỳ ngắn

Hệ số khuếch đại nền chu kỳ ngắn, FA

≤ 0,25 0,8 1,0 1,2 1,6 2,5

0,50 0,8 1,0 1,2 1,4 1,7

0,75 0,8 1,0 1,1 1,2 1,2

1,0 0,8 1,0 1,0 1,1 0,9

≥ 1,25 0,8 1,0 1,0 1,0 0,8*

2.6. Kết luận chương 2

Kết quả phân loại nền địa phương khu vực nội thành Hà Nội được thực

hiện từ tập dữ liệu lỗ khoan tương đối lớn trong phạm vi vùng nghiên cứu với

12

117 lỗ khoan theo chỉ số Nspt, và 40 lỗ khoan có VS,30 cùng với các thông tin

địa chất công trình cập nhật mới nhất, phạm vi nghiên cứu mở rộng hơn.

Kết quả phân loại nền tương đối phù hợp với địa hình tại khu vực và bản

đồ địa chất công trình của khu vực đã công bố. Độ sâu các lỗ khoan đều đạt trên

30m do đó xét về sự ảnh hưởng đến công trình khi có động đất xảy ra là đảm

bảo. Với số lượng lỗ khoan luận án có được, kết quả có thể coi là đáng tin cậy.

Bản đồ phân loại nền mới xây dựng cho khu vực với việc bổ sung đầy đủ

hơn thông tin từ 157 lỗ khoan thực sự là một nguồn tài liệu hữu ích cho việc

đánh giá rủi ro động đất, là thông tin quan trọng trong công tác quy hoạch và

kháng chấn của thành phố có mật độ dân cư dày đặc, nhiều công trình trọng

điểm như thành phố Hà Nội.

Theo đánh giá của các nhà khoa học Hà Nội nằm trong vùng có hoạt động

động đất khá cao (cấp 7, cấp 8). Trong khi kết quả phân loại nền đất khu vực

với nền đất chủ yếu nền E, có cả nền F là những kiểu nền đất yếu, khả năng

khuếch đại rung động nền bề mặt lớn. Do đó vùng Hà Nội hoàn toàn có khả

năng xẩy ra hóa lỏng nền trong động đất và các đánh giá về mối nguy hiểm này

cần được xem xét.

Chương 3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHẠY CẢM HÓA LỎNG NỀN DO

ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC HÀ NỘI

Sau khi đã xác định được thành phố Hà Nội nằm ở vị trí cần có những

đánh giá về nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất, nhiệm vụ tiếp theo là đánh giá

khả năng nhạy cảm với hóa lỏng của nền đất địa phương.

3.1. Phạm vi nghiên cứu

Để có được cái nhìn tổng thể về mức độ nhạy cảm với hóa lỏng của nền

vùng nghiên cứu 12 quận huyện đã nêu so với vùng lân cận, toàn bộ khu vực

thành phố Hà Nội giới hạn trong phạm vi kinh độ: 105.20E÷106

0E; vĩ độ:

20.50N÷21.5

0N sẽ được xem xét.

3.2. Cơ sở số liệu

3.2.1. Tài liệu địa chất-địa chất công trình

Các thông tin cần thiết cho quá trình phân tích nhạy cảm hóa lỏng được

trích xuất từ: Bản đồ địa chất công trình Hà Nội tỷ lệ 1:320.000 do Ngô Quang

13

Toàn và nnk thành lập năm 2009 và bản đồ địa chất thủy văn tỷ lệ 1:25.000 của

Vũ Thanh Tâm, 2014 (hình 3.1).

3.2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn

Đặc điểm địa chất thuỷ văn nổi bật của vùng Hà Nội là có nhiều tầng

chứa nước nhưng đóng vai trò quan trọng là các tầng chứa nước trầm tích bở rời

tuổi Đệ Tứ phân bố rộng khắp trên toàn vùng nghiên cứu với bề dày khá lớn.

Đối với các trầm tích chứa nước lỗ hổng Đệ Tứ, hầu hết các công trình

nghiên cứu đều phân chia ra thành hai tầng chứa nước qh và qp theo trật tự từ

trẻ đến cổ và từ trên xuống.

3.2.3. Tài liệu địa mạo

Để có được thông tin về đặc điểm địa mạo thành phố Hà Nội bản đồ Địa

mạo thành phố Hà Nội của Đào Đình Bắc công bố năm 2010 được sử dụng

(hình 3.4).

3.3. Các phương pháp sử dụng

Thang đo định tính về khả năng hóa lỏng nền dựa trên cơ sở môi trường

thành tạo và tuổi địa chất của các lớp trầm tích mặt của Youd & Perkins (1978)

và phương pháp xác định độ nhạy cảm hóa lỏng dựa vào các đặc trưng địa mạo

của Iwasaki và nnk, (1982) được sử dụng.

3.4. Đánh giá độ nhạy cảm hóa lỏng nền khu vực thành phố Hà Nội

3.4.1. Đánh giá độ nhạy cảm hóa lỏng nền của thành phố Hà Nội theo

đặc điểm địa chất

Khai thác các thông tin chi tiết có liên quan đến từng đơn vị địa chất trong

vùng nghiên cứu, kết hợp với các tiêu chuẩn liệt kê của Youd & Perkins (1978),

độ nhạy cảm hóa lỏng nền cho mỗi đơn vị địa chất được xác định bằng cách gán

các giá trị cấp độ nhạy cảm hóa lỏng nền từ 1 đến 4 tương ứng với mức độ nhạy

cảm hóa lỏng từ rất thấp đến cao.

Các kết quả thu được sau khi xử lý trong môi trường GIS cho bản đồ về

phân bố độ nhạy cảm với hóa lỏng nền theo đặc điểm địa chất được thể hiện

như hình 3.5.

14

Hình 3.5 cho thấy khả năng hóa lỏng nền thành phố Hà Nội khi dựa vào

các đặc điểm địa chất được đánh giá ở mức trung bình. Khả năng hóa lỏng cao

nhất là vùng đồng bằng thấp, trũng (5-6m) bị phân cách bởi hệ thống sông ngòi,

kênh, mương, ao hồ cấu tạo địa chất phức tạp. Bắt gặp chúng ở Đông Anh và

một vài nơi trong phạm vi nội thành, các trầm tích trẻ ven lòng sông Hồng,

sông Đuống (aQ23tb).Trầm tích nguồn gốc hồ-đầm lầy (lbQ2

1-2hh) nằm dưới độ

sâu khoảng 1,5-20m, dày trung bình 13,5m, thành phần chính là bột sét, bột cát

màu xám xanh, xám đen, mịn dẻo chứa nhiều mùn thực vật phần phía dưới là

bột sét, bùn lẫn mùn thực vật chưa phân hủy hết, màu xám, lớp bùn này phổ

biến nhiều ở khu vực nội thành và huyện Thanh Trì.Tiếp đến là vùng có khả

năng hóa lỏng trung bình, đây là khu vực đồng bằng tương đối bằng phẳng hai

bên sông Hồng. Vùng núi phía tây bắc, tây nam thành phố và chỏm núi phía bắc

Sóc Sơn là núi đá phiến cứng, đá vôi không có khả năng hóa lỏng.

3.4.2. Đánh giá độ nhạy cảm với hóa lỏng nền của thành phố Hà Nội

theo đặc điểm địa mạo

Hình 3.4. Khả

năng nhạy cảm

hóa lỏng nền

theo đặc điểm

thạch học khu

vực Hà Nội.

Hình 3.5. Khả năng

nhạy cảm hóa lỏng

nền theo đặc điểm

thạch học khu vực

Hà Nội.

15

Sử dụng bản đồ địa mạo Hà Nội, kết hợp các tiêu chuẩn của phương pháp

Iwasakis (1982), dựa trên nguyên tắc gán bậc từ 1 đến 4 tương ứng với khả

năng hóa lỏng của các đơn vị địa mạo trong vùng Hà Nội từ rất thấp đến cao

giống như đối với các đơn vị địa chất nêu trên. Bản đồ phân bố khả năng hóa

lỏng dựa vào đặc điểm địa mạo như minh họa trên hình 3.6.

Từ hình 3.6 chỉ ra rằng theo đặc điểm địa mạo thì khả năng hóa lỏng của

đất nền tại Hà Nội nhìn tổng quát vẫn ở mức trung bình. Đáng chú ý là ở hình

3.6 so với hình 3.5 khu vực có khả năng hóa lỏng cao nhiều hơn, ngoài các

vùng sông, hồ đầm lầy giống nhau, thì những vùng bãi bồi ngoài đê, bãi bồi

thấp, các bề mặt đáy suối tích tụ hiện đại trên hình 3.6 được nhóm vào cùng loại

đất đá nhạy cảm cao với hóa lỏng, kéo dài từ bắc tới nam địa phận Hà Nội, và

hầu như toàn bộ huyện Thanh Trì, huyện Gia Lâm.

3.4.3. Đánh giá độ nhạy cảm với hóa lỏng nền của Hà Nội theo đặc

điểm địa chất và địa mạo

Hình 3.6. Khả

năng nhạy

cảm hóa lỏng

nền theo đặc

điểm địa mạo

khu vực Hà

Nội

16

Do thạch học đóng vai trò chính, giữ trọng số cao hơn nên trọng số được

gán cho chủ đề thạch học là 60%, và 40% cho chủ đề địa mạo. Theo nguyên tắc

gán trọng số này, các bản đồ lớp đơn vị thạch học (hình 3.5) và các đơn vị địa

mạo (hình 3.6) được tích hợp trong môi trường GIS, từ đó xây dựng được bản

đồ khả năng hóa lỏng nền của Hà Nội dựa trên tổ hợp các đặc điểm địa chất và

địa mạo như hình 3.7.

Sau khi tổ hợp khả năng hóa lỏng nền dựa trên cả đặc điểm địa chất và

địa mạo như trong hình 3.7 cho thấy những vùng có khả năng hóa lỏng trung

bình vẫn chiếm ưu thế toàn vùng Hà Nội. Bản đồ kết quả cho thấy khả năng hóa

lỏng nền của thành phố được chia thành bốn cấp: cao, trung bình, thấp và không

có khả năng hóa lỏng. Vùng có khả năng hóa lỏng cao tập trung dọc theo sông

Hồng. Vùng có khả năng hóa lỏng trung bình chiếm gần hết diện tích toàn

thành phố, trải rộng hai bên sông Hồng, gồm các đơn vị thạch học đất sét, bột

sét, cát, bột cát tuổi Holocen, các đơn vị địa mạo của vùng đồng bằng nguồn

gốc sông, biển và đồng bằng phù sa bãi bồi. Vùng núi phía Tây Bắc và một

chỏm phía Đông bắc thành phố rơi vào vùng không có khả năng hóa lỏng hay

khả năng hóa lỏng thấp, những khu vực này được bao phủ bởi sét kết, cát kết,

đá cứng nguồn gốc bóc mòn đây là vùng thoát khỏi mối nguy hóa lỏng trong

thành phố. Các tòa nhà và các đường ống rơi vào vùng có khả năng hóa lỏng

trung bình và cao dễ bị tổn thương và thiệt hại do sự dịch chuyển ngang của

nền.

3.5. Kết luận chương 3

Trong chương này, đã áp dụng phương pháp mới cho phép tổ hợp các đặc

điểm địa chất và địa mạo trong đánh giá mức độ nhạy cảm với hóa lỏng của đất

nền khu vực thành phố Hà Nội. Kết quả chỉ ra các vùng có mức độ nhạy cảm

khác nhau đối với hiện tượng hóa lỏng nền trong động đất. Đối với các quận

huyện nội thành của Hà Nội đất đá có mức độ nhạy cảm với hóa lỏng từ trung

bình đến cao và là vùng dễ bị tổn thương nhất với hiện tượng này so với toàn bộ

khu vực thành phố Hà Nội.

Đối với các kỹ sư công trình, các kỹ sư địa kỹ thuật, bản đồ này dùng để

xác định những khu vực ở đó khả năng và hậu quả của hóa lỏng cần được đánh

giá khi thiết kế các cơ sở xây dựng mới và phục hồi cơ sở hiện có. Bản đồ kết

quả giúp các kỹ sư, các nhà khoa học và các nhà hoạch định có cái nhìn tổng

17

quan sơ bộ về khả năng hóa lỏng của Hà Nội, như các thông tin ban đầu cho các

nghiên cứu khu vực.

Bản đồ kết quả hiển thị các khu vực có rủi ro hóa lỏng trong động đất

tương lai và sẽ được dùng như một hướng dẫn nơi cần tiến hành các nghiên cứu

nhiều hơn về khả năng hóa lỏng. Khả năng nhạy cảm với hóa lỏng chỉ là một

hàm định tính của đặc điểm địa chất và địa mạo hình thái vị trí, nó độc lập với

tính địa chấn của khu vực. Do việc phân vùng chỉ có thể được coi như là mức

ban đầu, nhiệm vụ của nghiên cứu tiếp theo là đưa thêm các yếu tố khác như

tính địa chấn, thông tin địa kỹ thuật tại chỗ để có thể đánh giá định lượng khả

năng hóa lỏng nền khu vực.

Hình 3.7.

Khả năng

hóa lỏng

nền do

động đất

khu vực

Hà Nội

dựa vào

các đặc

điểm địa

chất và

địa mạo.

Chương 4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM HÓA LỎNG NỀN DO ĐỘNG

ĐẤT KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Các kết quả đánh giá nêu trên về mức độ nhạy cảm hóa lỏng nền khu vực

Hà Nội đã cho thấy nguy cơ tiềm ẩn về khả năng hóa lỏng do động đất tại các

18

quận, huyện nội thành Hà Nội là hiện hữu. Cần có những đánh giá chi tiết, định

lượng về nguy hiểm hóa lỏng nền cho khu vực này.

Trong chương này trình bày hệ phương pháp luận, quy trình đánh giá

nguy hiểm hóa lỏng nền mà trong đó có sự kết hợp cả các yếu tố địa chấn và địa

kỹ thuật. Các kịch bản động đất hiện thực được xây dựng để phục vụ cho các

tính toán, và kết quả được trình bày dưới dạng tập bản đồ xác suất khả năng hóa

lỏng nền khu vực nội thành thành phố Hà Nội.

4.1. Phương pháp đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động

đất

4.1.1. Tính hệ số an toàn kháng hóa lỏng

Sử dụng quy trình giản lược đã được hiệu chỉnh và bổ sung bởi Youd et

al., 2001. Các bước thực hiện như sau:

4.1.1.1. Xác định tỷ số ứng suất tuần hoàn gây ra bởi động đất CSR

Tỷ số ứng suất tuần hoàn kích thích bởi động đất được xác định theo công

thức:

(

) (

) (4.6)

Trong đó:

amax - Gia tốc cực đại nền tại bề mặt gây bởi động đất, đơn vị đo (g), g -

Gia tốc trọng trường (32,2 ft/s2 hoặc 9,81 m/s

2)

σv0- Ứng suất thẳng đứng tổng cộng ở độ sâu cụ thể mà các phân tích hóa

lỏng nền đang được thực hiện, (lb/ft2 hoặc kN/m

2).

σ’v0- Ứng suất hiệu dụng thẳng đứng ở cùng độ sâu trong đất trầm tích ở đó

σv0 được tính toán, (lb/ft2 hoặc kN/m

2).

rd-hệ số suy giảm theo độ sâu, còn được gọi là hệ số suy giảm ứng suất

(không thứ nguyên).

4.1.1.2. Xác định tỷ số kháng tuần hoàn (CRR)

Các bước của việc sử dụng kiểm tra xuyên tiêu chuẩn để đánh giá CRR

như sau:

+ Hiệu chỉnh giá trị kiểm tra xuyên tiêu chuẩn (N1)60cs

Các hiệu chỉnh có thể được áp dụng cho các giá trị N(SPT) như sau:

( ) (

)

(4.16)

Trong đó (N1)60 là hiệu chỉnh giá trị xuyên tiêu chuẩn N (SPT) của đất

cho cả các quá trình kiểm tra thực địa và áp suất lớp phủ.

19

Sau đó, hiệu chỉnh "hàm lượng hạt mịn" đối với giá trị (N1)60 để thu được

giá trị tương đương với cát sạch (N1)60cs:

( ) ( ) (4.17)

+ Xác định tỷ số kháng tuần hoàn của đất CRRM=7.5 với độ lớn động đất

M=7.5:

Với giá trị ( ) vừa tính được, tỷ số kháng tuần hoàn của đất đối với

độ lớn động đất M=7.5 được xác định theo công thức sau:

( )

( )

[ ( ) ]

(4.20)

+ Hiệu chỉnh giá trị CRRM=7.5 cho các động đất có độ lớn bất kỳ khác

M=7.5: Tỷ số kháng tuần hoàn tại chỗ CRR của đất với M bất kỳ xác định được

bằng công thức (4.21) như sau:

(4.21)

4.1.1.3. Xác định hệ số an toàn kháng hóa lỏng

Hệ số an toàn kháng hỏa lỏng được xác định theo công thức sau:

(4.22)

4.1.2. Tính chỉ số khả năng hóa lỏng

Chỉ số LPI được tính bằng phương trình sau (Iwazaki et al, 1982):

∫ ( ) ( )

(4.23)

Trong đó z là độ sâu của lớp đất (từ 0 đến 20m). Trọng số theo độ sâu,

( ) , với z<20 và w( ) với z≥20m; Biến F(z) là một hàm

của hệ số an toàn chống hóa lỏng ở độ sâu xem xét, ( ) khi

, và ( ) khi . F(z)=0 khi z ở trên mực nước ngầm.

4.1.3. Đánh giá xác suất xẩy ra hóa lỏng bề mặt

Được tính bằng cách sử dụng phép hồi quy theo mô hình thực nghiệm của

Papathanassiou (2008):

( ) (4.24)

Trong đó-LPI là chỉ số khả năng hóa lỏng, xác định bởi công thức (4.23).

Mối tương quan giữa các mức rủi ro do hóa lỏng với các giá trị xác suất

PG được biểu thị trong bảng 4.2.

20

PG Phân loại rủi ro

0.0-0.1 Rất thấp

0.1-0.3 Thấp

0.3-0.7 Trung bình

0.7-0.9 Cao

0.9-1.0 Rất cao

Bảng 4.2. Các mức rủi ro tương

ứng với xác suất có điều kiện của

các hiện tượng phá hủy nền do

hóa lỏng (theo Li et al., 2006)

4.2. Các đặc trưng địa chấn kiến tạo khu vực Hà Nội

4.2.1. Các đứt gẫy hoạt động

4.2.2. Hoạt động địa chấn

Mặc dù không có trận động đất mạnh nào ghi được tại khu vực Việt

Nam của đới đứt gẫy Sông Hồng, nhưng các động đất có độ lớn trung bình

xẩy ra khá thường xuyên (hình 4.3). Trong các trận động đất đã quan sát

được trong đới đứt gẫy Sông Hồng, các trường hợp lớn nhất ghi nhận được

dọc đứt gẫy Sông Chảy. Có 3 trường hợp có độ lớn trên 5.0 ghi nhận được

bằng máy dọc đứt gẫy này. Đứt gãy Sông Lô có biểu hiện hoạt động động đất

yếu hơn, với các trận động đất có độ lớn không quá 4.8 và với tần suất thưa

hơn. Đứt gẫy Đông Triều-Uông Bí, mặc dù chỉ được đánh giá như là đứt gẫy

bậc hai, nhưng nó đã gây ra một loạt các trận động đất mạnh. Hoạt động địa

chấn dọc đứt gẫy Sông Hồng khá giống với đứt gẫy Sông Chảy, nhưng có tần

suất và độ lớn thấp hơn.

4.3. Các kịch bản động đất

Để tiến hành đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất cho khu

vực nghiên cứu, các tham số địa chấn như độ lớn động đất M và gia tốc cực

đại amax do động đất gây ra được xác định từ các động đất kịch bản. Các tham

số của các động đất kịch bản này được liệt kê trong bảng (4.3). Vị trí chấn

tâm các động đất kịch bản được biểu diễn trên hình 4.3.

4.1. Dữ liệu lỗ khoan

Để đánh giá khả năng hóa lỏng cho khu vực nghiên cứu, bên cạnh các

dữ liệu đầu vào địa chấn như amax và Mw, các tính chất của đất tại chỗ cần

được biết.Tập dữ liệu gồm 120 lỗ khoan được chọn lọc từ 157 lỗ khoan đã

nêu ở chương 2, trong đó mỗi lỗ khoan ngoài các giá trị N(SPT) và đặc điểm,

độ sâu các lớp đất trầm tích tương ứng còn thông tin độ sâu mực nước ngầm

được khai thác sử dụng (xem hình 2.2). Trong trường hợp lỗ khoan nào thiếu

21

thông tin mực nước ngầm, giá trị mặc định 2m tương ứng với giá trị trung

bình của mực nước tĩnh qh, phân bố rộng khắp khu vực Hà Nội được gán cho

lỗ khoan đó. Bên cạnh đó, các thông tin cần thiết khác của đất như hàm

lượng hạt mịn, khối lượng riêng hạt, khối lượng thể tích khô và hệ số rỗng

của các lớp đất trong cột địa tầng các lỗ khoan cũng được khai thác từ các

bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất này.

Bảng 4.3. Tham số của các động đất kịch bản sử dụng trong nghiên cứu này

STT Tên

kịch bản

Tên

đứt gãy Mw

Toạ độ chấn tâm Độ sâu

chấn

tiêu, km

Kinh độ

(độ)

Vĩ độ

(độ)

1 DD_HN_SC5.3 Sông Chảy 5.3 105.5 21.25 17

2 DD_HN_SC6.5 Sông Chảy 6.5 105.739 20.985 17

3 DD_HN_SL6.0 Sông Lô 6.0 105.99 21.069 12

4.2. Đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất khu vực

nội thành thành phố Hà Nội

Hệ số an toàn kháng hóa lỏng của mỗi lớp đất trong cột đất được tính

theo quy trình giản lược đã được bổ sung bởi Youd (2001). Hình 4.12 minh

họa các giá trị FS theo độ sâu tại một số lỗ khoan.

Từ hình 4.8 có thể thấy với kịch bản động đất thứ hai (DD_HN_SC6.5)

và thứ ba (DD_HN_SL6.0) hệ số FS của các lớp đất nhỏ hơn rõ rệt so với

kịch bản động đất thứ nhất (DD_HN_SC5.3), điều này có nghĩa là khi bị tác

động địa chấn bởi động đất càng lớn thì khả năng hóa lỏng của đất càng cao.

Hơn nữa, tại cùng một vị trí trong cùng một động đất kịch bản, dọc độ sâu lỗ

khoan có các lớp đất với khả năng hóa lỏng khác nhau (FS khác nhau), đôi

khi có sự xen kẽ những lớp đất không có khả năng hóa lỏng (FS>1) với

những lớp đất có khả năng hóa lỏng (FS<1).

Với tập giá trị FS thu được, áp dụng công thức (4.23) tính được chỉ số

khả năng hóa lỏng LPI tại tất cả 120 vị trí, tiếp tục áp dụng công thức (4.24)

cho các giá trị PG tại tất cả các lỗ khoan. Cuối cùng, các bản đồ nguy hiểm

hóa lỏng nền biểu thị sự phân bố của xác suất hóa lỏng trong khu vực nghiên

cứu đã được xây dựng trong môi trường GIS dựa vào các giá trị PG thu được

22

từ ba động đất kịch bản như trên các hình 4.9, hình 4.10 và hình 4.11 tương

ứng.

Theo hình 4.9, kết hợp tiêu chuẩn đánh giá mức rủi ro tương ứng trong

bảng 4.2 có thể nói rằng với trường hợp động đất kịch bản thứ nhất này khả

năng xẩy ra hóa lỏng là rất thấp (PG ≤0.1) đối với toàn vùng nghiên cứu.

Từ hình 4.10 cho thấy khả năng hóa lỏng tăng lên rõ rệt và phân dị ở

các khu vực khác nhau. Khu vực huyện Thanh Trì, phía đông quận Hà Đông

và phần tây bắc quận Long Biên, quận Hoàn Kiếm, bắc quận Hai Bà Trưng

có mức độ nguy hiểm cao nhất với hóa lỏng khi xác suất lên tới 70% đến

90%. Đây cũng là những khu vực có gia tốc dao động nền bề mặt lớn, vùng

Hoàn Kiếm-Bắc Hai Bà Trưng- Tây Bắc Long Biên, và Thanh Trì sang

Hoàng Mai là những khu vực có các Hồ lớn như công viên Yên Sở, Linh

Đàm, Thanh Nhàn, Thống Nhất, Bồ Đề.Các vùng có mức nguy hiểm trung

bình với 0.3<PG≤0.7, chiếm phần lớn diện tích toàn khu vực.

Hình 4.11 cho thấy rõ nhất mức độ hóa lỏng của khu vực với bốn cấp

độ. Mức độ nguy hiểm nhất có khả năng hóa lỏng cao là cụm tây bắc Gia

Lâm, đông bắc Long Biên kéo ngang quận Hoàn Kiếm sang khu hồ Thống

Nhất, Thanh Nhàn quận Hai Bà Trưng với xác suất 0.7<PG≤0.9.

Đối với khu vực Sông Hồng do có ít số liệu lỗ khoan mà lại chỉ tập

trung ở công trình cầu Thanh Trì, dẫn tới việc đánh giá khả năng hóa lỏng

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6

Độ

sâu

(m

)

Hệ số FS

SC_M6.5

SC_M5.3

SL_M6.0

0

5

10

15

20

25

0 5 10

Độ

sâu

(m

)

Hệ số FS

SC_M6.5

SC_M5.3

SL_M6.0

(a) (b) (c)

Hình 4.8. Hệ

số an toàn

kháng hóa lỏng

FS theo độ sâu:

(a)-tại vị trí

quận Đống Đa

(DD-75); (b)- vị

trí quận Long

Biên (LB-35);

23

cho Sông Hồng chưa đủ tin cậy, vì vậy lớp hành chính Sông Hồng, Hồ Tây

được để nguyên.

4.3. Thảo luận kết quả

Kết quả nhận được từ kịch bản động đất thứ nhất (Mw=5.3) cho phép

đưa ra kết luận là động đất quan trắc được từ trước đến nay trên địa bàn

thành phố Hà Nội thường có độ lớn trung bình và ít có khả năng gây ra hóa

lỏng nền tại khu vực đô thị của thành phố Hà Nội. Tuy nhiên kết quả nhận

được từ kịch bản động đất thứ hai (Mw=6.5) và thứ ba (Mw=6.0) cũng cho

thấy động đất cực đại dự báo theo đánh giá của các nhà địa chấn lại có thể

gây ra hóa lỏng nền tại khu vực đô thị của thành phố Hà Nội.

Các kết quả đánh giá khả năng hóa lỏng nền do động đất nhận được

trong chương này đã xem xét tới các đặc trưng của từng loại đất ở các độ sâu

khác nhau và sự khuếch đại rung động nền do động đất, cho thấy sự phân dị

trong từng khu vực một cách định lượng so với bản đồ đánh giá mức độ nhạy

cảm với hóa lỏng của nền chỉ dựa một cách định tính vào các đặc điểm địa

chất địa mạo của nền mà chưa xét tới yếu tố động đất trong chương trước

(chương 3).

So sánh các kết quả xác suất hóa lỏng tại bốn quận Hai Bà Trưng, Ba

Đình, Đống Đa, Thanh Xuân đã được xác định theo phương pháp luận của

Hazus trong các công trình trước đây, các kết quả xác suất hóa lỏng xác định

được trong luận án này rõ ràng lớn hơn nhiều. Điều này là do sự khác nhau

của các phương pháp được sử dụng.

Xem xét tại một số đoạn đê có hệ số an toàn kháng hóa lỏng đã được

xác định trong công trình của Nguyễn Hồng Nam (2016) đoạn đi qua vùng

nội thành Hà Nội tại cụm Đông Ngạc Từ Liêm và đoạn đê Hữu Hồng khu

vực quận Hoàng Mai, cho thấy khá phù hợp với bản đồ đánh giá xác suất hóa

lỏng xác định được trong luận án này tại hai cụm bắc Từ Liêm (PG=0.1÷0.3)

và Hoàng Mai (PG=0.3÷0.7). Tuy nhiên những nghiên cứu của Nguyễn Hồng

Nam (2016) yếu tố động đất như gia tốc và độ lớn động đất rõ ràng khác với

luận án này và các kết quả chỉ dừng ở việc đánh giá hệ số an toàn kháng hóa

lỏng của mỗi lớp đất riêng biệt tại các vị trí lỗ khoan.

Với đặc điểm hoạt động địa chấn thấp, Việt Nam đang phải đối mặt với

khó khăn trong việc thiết lập các mô hình thực nghiệm để xác minh khả năng

hóa lỏng cho quốc gia.Tuy nhiên, những kết quả bước đầu thu được trong

24

luận án này đã cho thấy những nỗ lực để nâng cao phương pháp luận và kỹ

thuật sử dụng có tính đến kinh nghiệm của thế giới, xem xét phù hợp với

điều kiện của Việt Nam, đặc biệt là các thông tin đầu vào địa chấn và sự

không chắc chắn của tính chất đất.

Cũng cần chú ý, với những khu vực như nam quận Hà Đông, Bắc Từ

Liêm, bắc Gia Lâm do thiếu lỗ khoan nên kết quả nội suy chưa thật tin cậy ở

những vùng này.

4.1. Kết luận chương 4

Áp dụng phương pháp luận sử dụng một ngưỡng dựa trên xác suất theo

chỉ số LPI đánh giá khả năng hóa lỏng nền cho khu vực nội thành thành phố

Hà Nội và hai động đất kịch bản phát sinh trên đứt gẫy Sông Hồng với độ lớn

Mw=5.3 và Mw=6.5, một động đất kịch bản phát sinh trên đứt gẫy Sông Lô

với độ lớn Mw=6.0. Các tham số của động đất kịch bản thứ nhất đã được lựa

chọn là trùng với trường hợp động đất đã xẩy ra năm 1958, trong khi các

động đất kịch bản thứ hai và thứ ba là trường hợp cực đoan nhất của động đất

đã được dự báo trên các nguồn đứt gẫy này.

Các kết quả thu được bao gồm giá trị hệ số an toàn kháng hóa lỏng

(FS) của các lớp đất tại 120 điểm lỗ khoan và ba bản đồ nguy hiểm hóa lỏng

khu vực nội thành thành phố Hà Nội tương ứng ba kịch bản động đất.

Các bản đồ nguy hiểm hóa lỏng cho thấy ở động đất kịch bản thứ nhất

toàn bộ vùng nội thành Hà Nội không có khả năng hóa lỏng nền.Trong khi

đó động đất kịch bản thứ hai và thứ ba có thể gây ra hóa lỏng trong phần lớn

khu vực nội thành của thành phố Hà Nội. Thực tế cho đến nay phần lớn động

đất ghi được tại Hà Nội và các vùng lân cận có độ lớn trung bình, nên chưa

quan sát thấy hiện tượng hóa lỏng nền, nhưng cần hết sức lưu ý đến hiện

tượng này trong động đất tương lai để giảm thiểu những thiệt hại và mất mát

do hóa lỏng nền gây ra trong động đất, đặc biệt ở những vùng được dự báo là

có khả năng hóa lỏng nền từ trung bình đến cao.

Đây là lần đầu tiên phương pháp luận đánh giá xác suất khả năng hóa

lỏng nền theo chỉ số LPI được áp dụng cho khu vực nội thành thành phố Hà

Nội. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp là nó cho phép kết hợp được cả

những đặc trưng địa chấn và địa kỹ thuật trong cùng một phương pháp. Tuy

nhiên, phương pháp này đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng cả về địa chấn và địa

kỹ thuật của người sử dụng cũng như dữ liệu thông tin đầu vào lớn nên khá

25

tốn kém. Nhưng nó thực sự có ý nghĩa, đặc biệt với những vùng trọng điểm

như nội thành Hà Nội.

Hình 4.9. Xác suất

hóa lỏng nền khu

vực nội thành Hà

Nội trong trường

hợp một trận động

đất có độ lớn M=5.3

và gia tốc nền cực

đại amax tương ứng

kịch bản thứ nhất

(DD_HN_SC5.3)

Hình 4.10. Xác

suất hóa lỏng

nền khu vực

nội thành Hà

Nội trong

trường hợp

tương ứng kịch

bản thứ hai

(DD_HN_SC6.

5)

26

Hình 4.11.

Xác suất hóa

lỏng nền khu

vực nội thành

Hà Nội trong

trường hợp

một trận động

đất có độ lớn

M=6.0 và gia

tốc nền cực

đại amax tương

ứng kịch bản

thứ ba

(DD_HN_SL

6.0)

KẾT LUẬN

Các kết quả của luận án cho phép đưa ra một số kết luận chính sau đây:

1) Các phương pháp đã được tìm hiểu và áp dụng trong luận án là

những phương pháp vừa có tính kế thừa vừa cập nhật mới hiện đại, được sử

dụng rộng rãi trên thế giới và có mức độ tin cậy cao.

2) Hoạt động động đất khu vực Hà Nội khá cao, trong khi nền đất của

khu vực được phân loại thuộc nền yếu, chủ yếu là nền E, đặc biệt một số nơi

như huyện Thanh Trì, Hoàng Mai nền rất yếu (nền F tương ứng nền S1 và S2

trong tiêu chuẩn của Việt Nam), vì vậy rung động địa chấn bị khuếch đại

đáng kể, cần thiết phải xem xét đến hiện tượng hóa lỏng do động đất cho khu

vực cũng như công tác kháng chấn.

3) Toàn vùng Hà Nội đất nền nhạy cảm với hiện tượng hóa lỏng trong

động đất ở mức trung bình và không giống nhau. Khu vực miền núi thuộc địa

phận Sóc Sơn phía Đông Bắc và núi Ba Vì phía Tây Bắc gần như không

nhạy cảm với hóa lỏng, đây là những vùng có thể nói là thoát khỏi mối nguy

với hóa lỏng nếu động đất xẩy ra. Trong khi, khu vực nội thành nhiều nơi

27

nhạy cảm cao với hóa lỏng, đặc biệt là các vùng sông, hồ, đầm lầy, đất lấp

nhân tạo.

4) Hiện tượng hóa lỏng nền do động đất chưa từng quan sát thấy tại

khu vực nội thành thành phố Hà Nội với những động đất trung bình đã xẩy ra

(M<5.3). Nhưng hiện tượng tai biến này là hoàn toàn có thể xẩy ra trong các

động đất tương lai theo độ lớn động đất đã được các nhà khoa học địa chấn,

địa chất dự báo. Mức độ nguy hiểm với hóa lỏng trong động đất là khá cao,

có những nơi lên đến 70% và 90% với động đất có độ lớn Mw≥6.0. Đặc biệt

ở những nơi như huyện Thanh Trì, phần phía đông quận Hà Đông, hay quận

Hoàn Kiếm, tây bắc Long Biên. Cần chú ý trong việc xây dựng kháng chấn,

lập kế hoạch, quy hoạch phát triển đô thị vùng thủ đô.

KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Qua quá trình thực hiện các nghiên cứu trong luận án, tác giả kiến nghị

tiếp tục nghiên cứu các vấn đề sau:

-Tiếp tục tìm hiểu để tiến tới đánh giá xác suất tổng cộng nguy hiểm

hóa lỏng nền trực tiếp theo phương pháp xác suất thống kê. Mở rộng việc

phân loại nền đất địa phương, tính toán hệ số an toàn kháng hóa lỏng của mỗi

loại đất, chỉ số khả năng hóa lỏng LPI theo các kiểu số liệu khác như: số liệu

kiểm tra xuyên hình nón (Cone Penetration test-CPT), kiểm tra dãn nở bằng

phẳng (Flat delatometer test-DMT), kỹ thuật vận tốc sóng trượt (Shear wave

velocity techniques-SWW) và đo áp suất lỗ khoan (self boring pressure

meter-SBPT) vv…tăng cường thông tin trong việc xây dựng bản đồ nguy

hiểm hóa lỏng nền. Để có được các kết quả chi tiết cần có nhiều số liệu đo

địa kỹ thuật tại chỗ hơn nữa.

- Phát triển hướng nghiên cứu đánh giá phá hủy nền do động đất, mở

rộng phạm vi nghiên cứu, phục vụ mục đích nghiên cứu rủi ro đô thị và ứng

dụng trong xây dựng thiết kế kháng chấn, quản lý rủi ro tại Việt Nam.

28

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN

QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Nguyễn Hồng Phương, Phạm Thế Truyền, Bùi Thị Nhung, Vũ Hà

Phương. Kịch bản động đất và các ứng dụng trong quản lý rủi ro động đất đô

thị. Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học quốc tế “Vật lý Địa cầu – Hợp tác

và phát triển bền vững, Hà Nội-Sapa, 14-17/11/2012, pp.147-160.

2. Bùi Thị Nhung, Nguyễn Hồng Phương: “Phân loại nền đất địa

phương khu vực nội thành Hà Nội theo các tài liệu địa chất công trình, địa

vật lý dựa trên tiêu chuẩn NEHRP”. Tạp chí các khoa học về trái đất, 37 (4),

363-372, 2015. DOI: 10.15625/0866-7187/37/4/8301

3. Bui Thi Nhung, Nguyen Hong Phuong, Nguyen Ta Nam:

“Assessment of earthquake-induced ground liquefaction susceptibility for

Hanoi city using geological and geomorphologic characteristics”. Vietnam

Journal of Earth Sciences 39(2), 139-154, 2017. DOI: 10.15625/0866-

7187/37/4/8301.

4. Bui Thi Nhung, Nguyen Hong Phuong, Pham The Truyen, Nguyen

Ta Nam: “Assessment of earthquake-induced liquefaction hazard in urban

areas of Hanoi city using LPI method”. Vietnam Journal of Earth Sciences,

40(1), 78-96, 2018. DOI: 10.15625/0866-7187/40/1/10972.