- Trang Chủ
- Địa Lý
- Ứng dụng Scoops3D kết hợp với GIS phân tích ổn định mái dốc theo không gian ba chiều
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
ỨNG DỤNG SCOOPS3D KẾT HỢP VỚI GIS PHÂN TÍCH
ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO KHÔNG GIAN BA CHIỀU
Trần Thế Việt1, Hoàng Việt Hùng1
1
Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Đại học Thủy lợi, email: trantheviet@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG được so sánh với bản đồ thể hiện vết trượt thực
tế. Sự trùng khớp của hai bản đồ này được
Đánh giá ổn định mái dốc là một nhánh
đánh giá thông qua hệ số MSR do Huang and
quan trọng trong ngành Địa Kỹ Thuật. Tuy
Kao (2006) giới thiệu [1].
nhiên, hiện tại phần lớn các phân tích đều
dựa trên các mô hình hai chiều (2D) với 2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU
nhiều giả thiết nhằm làm đơn giản bài toán.
Do các bài toán phẳng không phản ánh chính Vào khoảng 09:00 sáng ngày mùng 5 tháng
xác điều kiện làm việc thực tế của các mái 8 năm 2019, trên tỉnh lộ 152, tại Km9+100 xảy
dốc trong tự nhiên. Do đó, việc tính toán theo ra một vụ sạt lở đất nghiêm trọng làm 300 m3
bài toán hai chiều có thể ảnh hưởng đến độ đất từ taluy dương sạt lở xuống đường làm một
tin cậy và chính xác của kết quả tính. người chết và gây tắc nghẽn giao thông trong
Ngày nay, rất nhiều các phương pháp phân nhiều giờ. Vụ sạt xảy ra là kết quả của đợt mưa
tích ổn định mái dốc được phát triển theo lớn kéo dài trong nhiều ngày. Hình 1 thể hiện vị
hoặc tích hợp với hệ thống thông tin địa lý trí và hình dạng khối trượt. Hình 2 thể hiện hình
GIS. GIS là một công cụ mạnh trong xử lý ảnh khối trượt thực tế ngoài hiện trường và cận
dữ liệu biến đổi theo không gian, công cụ cảnh điều kiện trên mặt trượt.
này gần đây đã cho thấy nhiều cải tiến và Đánh giá điều kiện hiện trường cho thấy
được sử dụng rộng rãi trong dự đoán sạt lở khu vực nghiên cứu có điều kiện địa chất rất
đất. Tuy vậy, việc áp dụng GIS để phân tích phức tạp gồm các trầm tích tích tụ là sản phẩm
ổn định mái dốc theo không gian ba chiều của đá granite. Tầng phủ bị phong hóa mạnh
hiện nay vẫn còn hạn chế. và phần lớn các mái dốc có nguy cơ trượt cao.
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả dùng
phần mềm Scoosp3D với mô hình cân bằng
giới hạn mở rộng cho không gian ba chiều kết
hợp với công nghệ GIS để phân tích mặt phá
hoại dạng trụ tròn áp dụng phương pháp
Bishop đơn giản. Sản phẩm đầu ra quan trọng
nhất của Scoops3D là một bản đồ thể hiện giá
trị hệ số an toàn ổn định trượt (Fs) cho mọi ô
(cell) trên toàn vùng nghiên cứu được đặc
trưng bởi mô hình số độ cao (DEM). Để đánh
giá hiệu quả của Scoops3D trong phán đoán
sạt lở, điểm trượt xảy ra tại Sapa - Lào Cai
Hình 1. Vị trí và quy mô khối trượt xảy ra
ngày mùng 5 tháng 8 năm 2019 được dùng để
vào ngày 05 tháng 08 năm 2019 tại Sapa -
kiểm chứng. Bản đồ FS xuất từ Scoops3D sẽ
Lào Cai. Đường chấm thể hiện vết trượt
138
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
bề mặt địa hình, 2) bản đồ thể hiện phân bố
chiều dày các lớp đất, 3) điều kiện áp lực nước
lỗ rỗng tại thời điểm tính toán, 4) Phân bố
không gian của một số đặc trưng cơ học của
đất gồm sức kháng cắt và trọng lượng riêng.
Hình 2. a) Ảnh khối trượt thực tế ngoài hiện
trường, b) cận cảnh điều kiện trên mặt trượt
3. ỨNG DỤNG SCOOPS3D TRONG DỰ
ĐOÁN SẠT LỞ ĐẤT
Scoops3D được phát triển bởi Cục Khảo
sát Địa chất Hoa Kỳ dùng phương pháp cân
bằng giới hạn và ‘phương pháp chia cột’ để
xác định các mặt trượt tiềm năng được giả
thiết là giao giữa các mặt trụ tròn với các cột Hình 3. Nguyên lý xác định mặt trượt
đất được định nghĩa theo độ phân giải của tiềm năng dùng Scoops3D. Trên hình là 1 lớp
bản đồ mô hình số độ cao. Nói chung, tất cả lưới tâm và một mặt trượt tiềm năng
các phương pháp cân bằng giới hạn định
nghĩa hệ số an toàn Fs là tỷ số giữa sức kháng Hình 4 thể hiện bản đồ số bề mặt địa hình
của khu vực nghiên cứu. Căn cứ vào tài liệu
cắt trung bình s và lực cắt cần để duy trì
khảo sát thực tế hình 2, có thể lấy gần đúng
trạng thái cân bằng giới hạn dọc dọc theo
địa tầng khu vực nghiên cứu gồm 2 lớp với
một mặt trượt định trước:
bề mặt là lớp sườn tích với chiều dày 4,0 m,
s
Fs bên dưới là lớp đá không thấm. Các chỉ tiêu
cơ lý của đất được xác định thông qua thí
Sức kháng cắt của đất được xác định theo nghiệm, kết quả thể hiện trong bảng 1.
tiêu chuẩn phá hoại Morh-Coulomb :
s c n tan
Trong đó: c - lực dính của đất; - góc ma
sát trong; n - ứng suất pháp.
Trong tính ổn định mái dốc theo mô hình
3D, khả năng tìm nhiều cung trượt một lúc là
cần thiết do sự biến đổi của địa hình nghiên
cứu, đặc tính của vật liệu, và giá trị áp lực
nước lỗ rỗng. Trong Scoops3D, hệ thống lưới
gồm các điểm đại diện cho các tâm cung trượt
được người tính định nghĩa phía trên DEM
hình 3. Scoops3D sẽ kiểm tra tất cả các cung
trượt tiềm năng theo các điều kiện khống chế
quy mô khối trượt do người tính định trước.
Như phần lớn các mô hình vật lý khác, việc Hình 4. Mô hình số độ cao điểm nghiên cứu
cung cấp đủ và đảm bảo độ tin cậy thông số Về điều kiện nước ngầm tại thời điểm trượt,
đầu vào chính là rào cản lớn nhất để có kết quả do nguyên nhân trượt được xác định là mưa
chính xác. Các thông số đầu vào của lớn lịch sử (chu kỳ 20 năm). Do đó có thể giả
thiết tại thời điểm trượt, mực nước trong mái
Scoops3D gồm: 1) mô hình số độ cao thể hiện dốc trùng với cao trình mặt đất hình 4.
139
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý dùng cho tính toán (overprediction), ngược lại khi MSR > 0.9,
kết quả dự đoán là thiếu (underprediction).
Thông số Đơn vị Giá trị trung bình
Bảng 2 thể hiện kết quả tính chỉ số MSR.
Trọng lượng riêng kN/m3 19,0
o Bảng 2. Tính toán chỉ số MSR
Góc ma sát trong () 15,0
Parameters Value
Lực dính c kN/m2 11,1
TAU 649
TAS 6461
4. KẾT QUẢ, HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ
AUU 308
Kết quả quan trọng nhất của Scoops3D là ASS 6337
bản đồ thể hiện hệ số an toàn ổn định trượt MSR 0.73
Fs. Hình 5 thể hiện kết quả tính này. Từ kết quả trên bảng 3 có thể thấy
Scoops3D dự đoán tương đối chính xác vị trí
khối trượt khi khoảng 50% (AUU/TAU) số ô
trong khối trượt được dự đoán chính xác. Tuy
nhiên, có thể do các giả thiết về số liệu đầu vào
như phân bố chiều dày tầng phủ, mực nước
ngầm tại thời điểm trượt theo không gian và
bản chất vật lý của quá trình trượt chưa hợp lý
nên kết quả dự đoán bị quá (MSR = 0.73 < 0.8).
5. KẾT LUẬN
Hình 5. Hệ số an toàn Fs tính theo Bishop Bài báo dùng Scoops3D để phân tích ổn
định mái dốc cho một khu vực theo không
Trên (hình 5), vùng có Fs < 1 được dự đoán gian ba chiều. Để kiểm chứng chất lượng của
là vùng bị trượt, vùng có 1 ≤ Fs < 1.25 là vùng mô hình tính, bản đồ Fs dự đoán theo
có nguy cơ cao bị trượt, vùng 1.25 ≤ Fs < 1.5 là Scoops3D được so sánh với vết trượt thực tế.
vùng tương đối an toàn, và vùng có Fs ≥ 1.5 là Kết quả cho thấy, nếu đảm bảo được chất
vùng an toàn. Để đánh giá chất lượng của bản lượng dữ liệu đầu vào Scoops3D là một công
đồ vừa dự toán, kết quả tính sẽ được so sánh cụ mạnh trong việc dự đoán các vị trí sạt lở
với vết trượt thực tế thông qua chỉ số MSR tiềm năng. Để cải thiện kết quả tính, nhóm
(Modified Success Rate) được phát triển bởi tác giả kiến nghị việc tiếp tục tận dụng bề
Huang and Kao (2006) [1]. Theo đó, kết quả mặt địa hình mới sau khi đã bỏ đi phần bị
trên hình 5 là bản đồ dạng raster có thể được trượt kết hợp với các điều kiện thủy văn và
phân ra làm 4 vùng : 1) ô bị trượt thực tế được địa chất để đánh giá sự ổn định của các vùng
dự đoán là trượt (AUU), 2) ô trượt thực tế bị đất lân cận khối trượt vừa được đự đoán.
dự đoán là an toàn (AUS), 3) ô thực tế an toàn
bị dự báo là trượt, và 4) ô thực tế an toàn được 6. LỜI CẢM ƠN
dự báo là an toàn (ASS). Theo đó, chỉ số MSR
được xác định như sau: Nghiên cứu được tài trợ bởi Bộ Khoa học
AUU ASS Công nghệ qua đề tài mã số NĐT67/e-Asia19.
MSR 0.5 0.5
TAU TAS 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trong công thức trên, có thể thấy giá trị
MSR thay đổi từ 0.0 đến 1.0. Theo Huang [1] Huang J.C, & Kao S.J (2006). Optimal
and Kao (2006) [1], bản đồ dự đoán Fs sẽ có estimator for assessing landslide model
performance. Hydrol. Earth Syst. Sci.,
độ chính xác cao nhất khi 0.8 MSR 0.9. 10(6), 957-965.
Khi MSR < 0.8, kết quả dự đoán bị quá
140
nguon tai.lieu . vn
