Nguyên nhân chính gây ra hai dạng trượt đất cơ bản là gì?

Trượt đất, hay còn gọi là sạt lở đất, là một trong những hiện tượng địa chất nguy hiểm bậc nhất, thường xuyên gây ra thiệt hại nặng nề về người và của cải trên khắp thế giới, đặc biệt là ở những quốc gia có địa hình phức tạp và khí hậu khắc nghiệt như Việt Nam. Để phòng tránh và giảm thiểu rủi ro, việc hiểu rõ nguyên nhân chính gây ra hai dạng trượt đất cơ bản – trượt quay và trượt phẳng – là vô cùng quan trọng đối với các kỹ sư địa kỹ thuật, nhà quy hoạch và cộng đồng. Chắc hẳn bạn cũng từng tự hỏi, tại sao một ngọn đồi tưởng chừng vững chãi lại có thể bỗng chốc sụp đổ? Hay có khi nào bạn thấy một lớp đất đá trượt dài trên một mặt phẳng nào đó không? Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau “mổ xẻ” những bí ẩn đằng sau hai hiện tượng này nhé!

Địa kỹ thuật công trình: Nền tảng cho sự an toàn và bền vững

Trong lĩnh vực xây dựng, địa kỹ thuật công trình chính là tấm lá chắn, là bộ khung vững chắc giúp các công trình đứng vững trước mọi thử thách của tự nhiên, trong đó có cả trượt đất. Từ việc đánh giá đặc điểm của đất đá, tính toán sức chịu tải của nền móng, cho đến thiết kế các giải pháp chống sạt lở, vai trò của địa kỹ thuật luôn hiện hữu. Nó không chỉ đơn thuần là việc “đào đất, đổ bê tông” mà là một nghệ thuật, một khoa học đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tương tác giữa công trình và môi trường đất đá xung quanh. Chẳng hạn, việc xây một tòa nhà cao tầng trên nền đất yếu cần những kỹ thuật xử lý nền đặc biệt, hay một con đường xuyên núi phải được thiết kế mái dốc và hệ thống thoát nước hợp lý để tránh nguy cơ sạt lở.

Vậy, các nguyên tắc cơ bản trong Địa kỹ thuật là gì?

Khi nói về địa kỹ thuật, chúng ta không thể bỏ qua một số nguyên tắc cơ bản giúp chúng ta hiểu được “tính khí” của đất đá. Đầu tiên là cơ học đất và cơ học đá – hai lĩnh vực nghiên cứu về tính chất vật lý và cơ học của vật liệu đất và đá. Đất, với những hạt rời rạc, có thể cư xử rất khác so với đá, vốn thường có cấu trúc liên kết chặt chẽ hơn. Sức kháng cắt của đất đá là một chỉ số cực kỳ quan trọng, quyết định khả năng chống lại lực trượt. Áp lực nước lỗ rỗng, tức là áp lực của nước trong các khe rỗng của đất, cũng là một yếu tố then chốt, bởi nó có thể làm giảm đáng kể sức kháng cắt của đất, như khi miếng bọt biển bị ướt sẽ yếu hơn khi khô vậy.

Khảo sát địa chất công trình: “Thăm khám” trước khi “phẫu thuật”

Để hiểu rõ khu đất sẽ xây dựng, chúng ta cần phải tiến hành khảo sát địa chất công trình. Đây giống như việc bác sĩ khám bệnh trước khi đưa ra phác đồ điều trị vậy. Các phương pháp phổ biến bao gồm khoan thăm dò, xuyên tĩnh (CPT), xuyên tiêu chuẩn (SPT), và các thí nghiệm trong phòng để xác định các chỉ số cơ lý của đất như độ ẩm, khối lượng thể tích, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, và quan trọng nhất là sức kháng cắt. Chính những dữ liệu này sẽ cung cấp bức tranh tổng thể về cấu trúc đất, các lớp đất yếu, mực nước ngầm và những bất thường có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình.

Nguyên nhân chính gây ra hai dạng trượt đất cơ bản: Trượt quay và Trượt phẳng

Đã đến lúc chúng ta đi sâu vào câu hỏi cốt lõi của bài viết: Nguyên nhân chính gây ra hai dạng trượt đất cơ bản là gì? Hai dạng trượt đất phổ biến nhất mà các kỹ sư địa kỹ thuật thường gặp là trượt quay (rotational slide) và trượt phẳng (translational slide). Mặc dù đều là hiện tượng mất ổn định của mái dốc, nhưng chúng lại có những “tính cách” và nguyên nhân gây ra khá khác biệt.

Trượt quay: Khi đất đá “nhảy múa” theo vòng cung

Trượt quay thường xảy ra ở các mái dốc được cấu tạo từ vật liệu đất dính (như sét, á sét) tương đối đồng nhất và sâu. Mặt trượt của dạng này có hình dạng cong hoặc gần giống cung tròn, với khối đất trượt quay xuống dưới và ra ngoài. Khi nhìn từ xa, bạn sẽ thấy phần đỉnh mái dốc bị sụt lún, tạo thành một vệt lõm hình lòng chảo, trong khi phần chân dốc thì bị phình ra hoặc đẩy lên.

Nguyên nhân chính gây ra trượt quay:

• Tăng trọng tải trên mái dốc: Bạn có hình dung một người đang đứng trên bờ dốc, rồi thêm một vài người nữa hoặc chất thêm đồ đạc lên đó không? Việc xây dựng công trình, tích tụ vật liệu hoặc đổ đất thải trên đỉnh mái dốc sẽ làm tăng áp lực thẳng đứng, vượt quá khả năng chịu lực của đất bên dưới, dễ dàng gây ra trượt quay.
• Giảm sức kháng cắt của đất: Đây là yếu tố quyết định. Sức kháng cắt của đất có thể bị giảm do nhiều nguyên nhân:
  • Nước mưa ngấm sâu: Nước là “kẻ thù” số một của sự ổn định mái dốc. Khi nước mưa thấm sâu vào lòng đất, nó không chỉ làm tăng trọng lượng của khối đất mà còn làm tăng áp lực nước lỗ rỗng. Áp lực này giống như việc bạn bơm hơi vào giữa hai cuốn sách đang chồng lên nhau vậy, nó đẩy các hạt đất ra xa nhau, làm giảm lực ma sát giữa chúng và khiến đất yếu đi trông thấy.
  • Thay đổi tính chất của vật liệu đất: Một số loại đất sét có thể mất đi đáng kể sức kháng cắt khi bị ẩm ướt hoặc trải qua chu kỳ khô – ướt lặp lại, hay quá trình biến đổi do phong hóa.
  • Rung động do động đất hoặc hoạt động con người: Các rung động mạnh có thể làm xáo trộn cấu trúc đất, giảm liên kết hạt và gây ra sụt lún, dẫn đến trượt.
• Thay đổi hình dạng mái dốc: Việc đào cắt chân mái dốc để mở rộng đường, xây nhà, hoặc khai thác vật liệu sẽ làm tăng độ dốc tổng thể của mái, khiến nó dễ mất ổn định hơn. Điều này giống như việc bạn gọt đi phần chân của một cái tháp, đương nhiên tháp sẽ dễ đổ hơn.
• Mực nước ngầm dâng cao: Mực nước ngầm lên cao không chỉ làm tăng áp lực nước lỗ rỗng mà còn làm giảm lực hữu hiệu giữa các hạt đất, khiến mái dốc trở nên kém ổn định hơn.

Kỹ sư Nguyễn Minh Tuấn, Chuyên gia Địa kỹ thuật tại một công ty xây dựng hàng đầu Việt Nam, chia sẻ: “Trong nhiều dự án ở vùng núi phía Bắc, chúng tôi thường xuyên phải đối mặt với trượt quay do mưa lớn kéo dài. Việc đánh giá chính xác sức kháng cắt và áp lực nước lỗ rỗng là chìa khóa để thiết kế các giải pháp chống sạt lở hiệu quả, thường là các hệ thống thoát nước ngầm kết hợp với tường chắn hoặc cọc nhồi.”

Trượt phẳng: Khi đất đá “trượt dài” theo một mặt nghiêng

Ngược lại với trượt quay, trượt phẳng thường xảy ra khi một khối đất hoặc đá trượt dài trên một mặt phẳng tương đối thẳng. Mặt trượt này thường trùng với các mặt yếu tự nhiên trong lòng đất, chẳng hạn như lớp phân lớp địa chất, mặt tiếp xúc giữa hai loại đất khác nhau, các khe nứt, đứt gãy trong khối đá, hoặc thậm chí là lớp rễ cây nông. Dạng trượt này phổ biến ở cả đất và đá, đặc biệt là khi các lớp này có độ dốc cùng chiều với mái dốc tổng thể.

Nguyên nhân chính gây ra trượt phẳng:

• Sự tồn tại của các mặt yếu nghiêng dốc: Đây là nguyên nhân cơ bản nhất. Nếu có một lớp đất sét yếu, một mặt phân lớp đá, hay một khe nứt kéo dài và có độ dốc lớn hơn góc ma sát trong của vật liệu, khối đất/đá phía trên sẽ rất dễ bị trượt. Việc địa chất có các mặt phẳng nghiêng, không đồng nhất chính là “con đường” sẵn có cho trượt phẳng.
• Tác động của nước: Giống như trượt quay, nước cũng đóng vai trò cực kỳ quan trọng:
  • Nước bôi trơn mặt trượt: Nước chảy trên các mặt phân lớp hoặc khe nứt làm giảm đáng kể ma sát giữa các bề mặt, giống như bạn đổ dầu vào giữa hai tấm ván vậy. Khi ma sát giảm, lực giữ khối đất/đá lại cũng yếu đi.
  • Tăng áp lực nước trong các khe nứt/mặt phẳng: Áp lực nước tại các khe nứt có thể đẩy khối đá ra khỏi vị trí, làm giảm sức kháng cắt và gây ra trượt.
• Tăng góc dốc của mái dốc: Việc đào cắt để tạo ra một mái dốc quá đứng, đặc biệt là khi mặt cắt đó song song với các mặt yếu tự nhiên, sẽ làm tăng nguy cơ trượt phẳng. Tưởng tượng bạn đang đẩy một vật trên một mặt nghiêng, càng nghiêng vật càng dễ trượt xuống.
• Rung động do động đất hoặc nổ mìn: Các rung động mạnh có thể phá vỡ liên kết vật lý hoặc gây ra chuyển vị nhỏ trên các mặt yếu, khởi phát quá trình trượt.
• Xói mòn chân mái dốc: Xói mòn do sông, suối hoặc sóng biển có thể làm mất đi phần hỗ trợ ở chân mái dốc, khiến phần phía trên mất ổn định và trượt xuống. Điều này tương tự như việc bạn rút chân trụ của một chiếc bàn, bàn sẽ đổ ngay.

{width=800 height=442}

Ứng dụng thực tế của Địa kỹ thuật trong các dự án xây dựng tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nơi có địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích và thường xuyên chịu ảnh hưởng của mưa bão, sạt lở đất là một thách thức lớn. Các kỹ sư địa kỹ thuật đã và đang áp dụng nhiều giải pháp để đối phó với hiện tượng này. Chẳng hạn, trong các dự án đường cao tốc đi qua vùng núi như cao tốc Bắc – Nam, việc thiết kế mái dốc taluy dương và taluy âm phải được tính toán cực kỳ cẩn trọng, đôi khi phải kết hợp với các giải pháp như tường chắn, lưới thép neo, cọc xi măng đất, hoặc thậm chí là rọ đá và thảm đá để gia cố.

Các dự án thủy điện cũng là một ví dụ điển hình, nơi việc xây dựng đập trên nền địa chất phức tạp đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý nền móng đặc biệt, gia cố các vách hố móng để đảm bảo an toàn. Rọ đá, với khả năng linh hoạt và thích ứng với biến dạng, thường được sử dụng trong các công trình kè sông, kè biển hay tường chắn đất, đặc biệt ở những khu vực có nền đất yếu hoặc có nguy cơ sạt lở cao.

Thách thức, cơ hội và xu hướng phát triển của ngành Địa kỹ thuật công trình

Ngành địa kỹ thuật công trình ở Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức, từ biến đổi khí hậu làm gia tăng cường độ mưa lũ, động đất cho đến việc phát triển cơ sở hạ tầng ở những khu vực có địa chất phức tạp. Tuy nhiên, đây cũng là cơ hội để ngành phát triển mạnh mẽ hơn, ứng dụng các công nghệ tiên tiến như công nghệ GIS, mô hình 3D, cảm biến thông minh để giám sát biến dạng mái dốc theo thời gian thực. Xu hướng phát triển cũng đang dịch chuyển sang các giải pháp bền vững hơn, thân thiện với môi trường, tận dụng vật liệu địa phương và giảm thiểu tác động đến hệ sinh thái.

Một vài câu hỏi thường gặp về trượt đất và Địa kỹ thuật

1. Trượt đất khác với sạt lở đất như thế nào?
Trượt đất và sạt lở đất thường được sử dụng thay thế cho nhau để chỉ hiện tượng đất đá di chuyển xuống dốc. Tuy nhiên, sạt lở đất thường mang ý nghĩa rộng hơn, bao gồm nhiều loại hình di chuyển khối lượng như trượt, đổ, chảy, lan tỏa, trong khi trượt đất nhấn mạnh hơn vào cơ chế trượt trên một mặt phẳng hoặc mặt cong.

2. Làm thế nào để nhận biết một khu vực có nguy cơ trượt đất cao?
Các dấu hiệu bao gồm nứt nẻ trên mặt đất, sụt lún bất thường, cây cối bị nghiêng hoặc cong gốc, biến dạng của các công trình (nứt tường, lệch móng), xuất hiện các mạch nước ngầm mới, hoặc sự thay đổi đột ngột về độ trong của nước suối.

3. Các biện pháp phòng chống trượt đất phổ biến là gì?
Các biện pháp thường gặp bao gồm làm giảm độ dốc mái dốc, xây dựng hệ thống thoát nước bề mặt và ngầm, gia cố mái dốc bằng tường chắn, rọ đá, neo đất, cọc, hoặc trồng cây xanh để tăng cường sự liên kết của đất.

4. Vai trò của rọ đá trong phòng chống trượt đất là gì?
Rọ đá được sử dụng để xây dựng tường chắn trọng lực, kè bảo vệ bờ sông, bờ biển và gia cố mái dốc. Với cấu trúc linh hoạt và khả năng thoát nước tốt, rọ đá giúp giảm áp lực nước lỗ rỗng và tăng cường ổn định cho mái dốc, đặc biệt hiệu quả ở những nơi có địa chất phức tạp.

5. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến trượt đất như thế nào?
Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ và tần suất của các trận mưa lớn, gây ra lượng nước thấm vào đất nhiều hơn, làm tăng áp lực nước lỗ rỗng và giảm sức kháng cắt của đất, từ đó tăng nguy cơ và mức độ nghiêm trọng của các vụ trượt đất.

6. Công tác khảo sát địa chất có thể dự báo trượt đất chính xác đến mức nào?
Khảo sát địa chất công trình cung cấp dữ liệu quan trọng để đánh giá nguy cơ trượt đất. Mặc dù không thể dự báo chính xác thời điểm xảy ra, nhưng nó giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao, phân tích cơ chế trượt tiềm năng và thiết kế các giải pháp phòng ngừa hiệu quả.

7. Yếu tố nào là quan trọng nhất khi đánh giá nguy cơ trượt đất?
Mặc dù có nhiều yếu tố, nhưng sự kết hợp giữa điều kiện địa chất bất lợi (sự tồn tại của các mặt yếu, loại đất yếu), độ dốc của mái dốc, và tác động của nước (mưa, mực nước ngầm) thường là ba yếu tố quan trọng nhất quyết định nguy cơ trượt đất.

Lời kết

Việc hiểu rõ nguyên nhân chính gây ra hai dạng trượt đất cơ bản – trượt quay và trượt phẳng – không chỉ là kiến thức chuyên môn mà còn là trách nhiệm của mỗi người làm trong ngành xây dựng và cộng đồng. Từ những hạt đất nhỏ bé đến những khối đá khổng lồ, mọi vật liệu đều có giới hạn chịu đựng của nó. Hy vọng rằng, qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn sâu sắc hơn về tầm quan trọng của địa kỹ thuật trong việc đảm bảo an toàn cho các công trình và cuộc sống của chúng ta. Đừng quên rằng, phòng ngừa luôn tốt hơn là khắc phục, và kiến thức chính là công cụ mạnh mẽ nhất giúp chúng ta xây dựng một tương lai vững chãi hơn. Hãy cùng nhau tiếp tục tìm hiểu và chia sẻ những kiến thức quý giá này để ngành địa kỹ thuật công trình Việt Nam ngày càng phát triển bền vững nhé!