Ngày 14 tháng 6 năm 2008, trận động đất nội địa Iwate-Miyagi đã xảy ra.

Tôi đã đến hiện trường để khảo sát, nhưng sau đó không còn liên quan gì đến vụ việc nữa nên cũng không nắm rõ chi tiết. Một trong những chuyến tham quan thực địa tại Hội nghị toàn quốc của Hiệp hội Nghiên cứu Sạt lở đất vào tháng 9 năm nay là vụ sạt lở tại Aratosawa. Chuyến tham quan này dường như đã kín chỗ ngay lập tức, nên tôi đã thuê một chiếc xe hơi và tự mình đến xem.

Tuy nhiên, vì khu vực có thể ngắm nhìn hiện tượng sạt lở đất đã bị phong tỏa nên tôi chỉ có thể liếc nhìn từ xa và hầu như không nhìn thấy gì cả. Lúc đó trời lại mưa rất to nữa... Nghe nói đoàn du lịch đã có thể đi vào tận bên trong con đường được xây dựng ở đó. Không biết lối vào đó nằm ở đâu nhỉ?

Khi đi khảo sát thực địa, tôi đã chụp một số bức ảnh, và cảnh tượng đó hoành tráng đến mức trông như được dựng bằng đồ họa máy tính vậy. Khi chứng kiến những hoạt động đầy sức sống như thế này của thiên nhiên, những người từng nghiên cứu khoa học tự nhiên sẽ không khỏi phấn khích. Vì đây là nơi không có nạn nhân nào nên tôi cũng không cần phải quá dè dặt... Hơn nữa, ở đây cũng không có công trình nhân tạo nào, nên tôi cũng không cần phải bận tâm đến giới truyền thông vốn thích khai thác những thảm họa do con người gây ra.

Bức ảnh phía trên là ảnh tôi chụp vào thời điểm đó. Các bức ảnh phía dưới là một số ảnh tôi sưu tầm được từ mạng. Cảnh quan thật tuyệt vời.

Bức ảnh dưới đây là ảnh chụp trước và sau khi xảy ra sạt lở đất. Chắc hẳn không ai có thể nhận ra hình dạng trượt này chỉ qua việc phân tích địa hình. Ngay cả khi xem lại sau này, có lẽ cũng không thể nhận ra được. Tuy nhiên, nếu sau này có thể thiết lập cấu trúc địa chất 3D và áp suất nước khe hở dư thừa, thì có lẽ có thể tái tạo lại hiện tượng này ở một mức độ nhất định thông qua tính toán... Tuy nhiên, với phương pháp cân bằng cực hạn hay phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), khối đất phải được coi là một chất liên tục, nên có lẽ sẽ không thể đạt được mức độ chính xác tối ưu.

Khi kết quả khảo sát địa chất được công bố, tôi càng phấn khích hơn khi biết rằng mặt trượt có hình dạng gần như nằm ngang. Đây là một vụ sạt lở đất có đường kính khoảng 1 km, nên quy mô tương đương với vụ sạt lở Kame-no-se. Theo ký ức của tôi, đây là lớp trầm tích tích tụ trong lòng miệng núi lửa đã sụp đổ, nên có lẽ nó gần giống với vụ sạt lở Muroji ở Nara hơn là Kame-no-se. Vụ sạt lở Muroji cũng rất lớn đấy.

Nguyên lý cơ bản của hiện tượng sạt lở là mối quan hệ giữa tải trọng khối đất W và góc nghiêng mặt trượt θ; cụ thể, W·sinθ chính là lực do trọng lực tác động khiến khối đất có xu hướng di chuyển xuống phía dưới sườn dốc. Tuy nhiên, nếu mặt trượt nằm ngang, tức làKhi θ = 0, lực ma sát cũng bằng khôngĐúng vậy. Chắc hẳn ai cũng sẽ tự hỏi: “Làm sao mà nó có thể chuyển động trên quy mô lớn như vậy trong khi không có lực ma sát?”

Tôi cho rằng, do ngọn núi bị nứt ra và dưới tác động của trọng lực, các phần của nó bị kéo theo hướng thẳng đứng theo hình nêm, từ đó sinh ra lực ngang, dẫn đến hiện tượng sạt lở ngang; tuy nhiên, ở mặt đáy của khối đất dày tới 100 m,Nếu có độ cứng ở mức bình thường, vật thể sẽ không bị dịch chuyển do ma sát。

Vì nó đã di chuyển được đến mức này,Độ bền bề mặt trượt gần như bằng khôngChúng ta phải suy nghĩ như vậy. Tuy nhiên, tôi chưa từng nghe nhiều người bàn luận chủ yếu về việc độ bền bề mặt trượt bằng không (dù tôi không nghĩ là không ai từng đề cập đến điều này).

Có lẽ,Bản chất của hiện tượng sạt lở này chính là “độ bền của mặt trượt bằng không”Và... thực ra, điều này cũng áp dụng cho tất cả các trường hợp sạt lở đất khác, hay hiện tượng trượt sụt của đắp đất, hay nói rộng hơn là hiện tượng sụp đổ lớp bề mặt.

Tôi thực sự không hiểu tại sao một câu chuyện hấp dẫn và sôi động như thế này lại không trở thành chủ đề được bàn tán sôi nổi.

Tôi cho rằng khi một khối đất trượt, đó là do độ bền bề mặt trượt tiệm cận 0 vì nhiều lý do khác nhau. Dù nói là “nhiều lý do”, nhưng nguyên nhân chính vẫn là áp lực nước khe hở dư thừa.

Trong vụ sạt lở Aratozawa, có lẽ đã có nước nằm trên lớp đất không di chuyển, và trên đó là các khối đất. Tình trạng này không phải đã tồn tại từ ban đầu, mà cấu trúc đó được hình thành do chấn động thẳng đứng vượt quá 1G. Khi cấu trúc đó hình thành, trong lớp nước sẽ phát sinh áp lực nước khe hở dư thừa tương ứng với tải trọng của khối đất, do đó có thể dễ dàng làm trượt bất kỳ khối đất khổng lồ nào.

Ngay cả trong trường hợp sạt lở trượt của đắp đất lấp hố, góc nghiêng của mặt trượt cũng rất nhỏ, khoảng 5 độ. Nếu muốn khiến mặt trượt này trượt đi, độ bền của mặt trượt phải gần như bằng không. Do các mặt bên sẽ tạo lực cản, nên để vượt qua lực cản đó và trượt đi, độ bền phải bằng không thì mới đạt được sự cân bằng.

Ngay cả trong trường hợp trượt thông thường, do áp lực nước tác động lên độ bền của lớp đất sét có bề mặt trượt rất yếu, nên giá trị này cũng phải gần như bằng không.

Trong trường hợp sạt lở lớp bề mặt, do áp lực nước lỗ rỗng quá mức – đủ để đẩy đất lên – xuất hiện khi có mưa lớn kỷ lục, nên ở đây độ bền của mặt trượt cũng bằng không.

Tóm lại,Nguyên nhân gốc rễ của thảm họa sạt lở đất là do đôi khi xuất hiện các điều kiện khiến độ bền của mặt trượt giảm xuống mức 0, đó là ý của câu đó.

Nghĩ như vậy thì,Tất cả các thảm họa sạt lở đất đều có thể được giải thích bằng một lý thuyết duy nhấtSẽ trở thành như vậy.

Điều quan trọng hơn nữa là, nếu nguyên nhân là do áp lực nước khe hở quá mức, thì chắc chắn chúng ta sẽ nhận ra rằng việc “để đất trượt đi rồi mới dùng cọc chống lún hay các biện pháp tương tự để ngăn chặn bằng sức mạnh” là một việc làm ngu ngốc. Đó là hành động giống như Don Quixote.

Xảy raChỉ cần tạo ra một đường dẫn phụ để áp lực nước khe hở dư thừa thoát ra bề mặt là sẽ không còn xảy ra hiện tượng áp lực nước khe hở dư thừa nữa(Hoặc sẽ thu nhỏ lại), nên ngay từ đầu đã không cần phải dùng lực để ngăn chặn nữa.

“Phương pháp tránh tình trạng độ bám dính bằng không trên bề mặt trượt”Đó chính là phương pháp thi công hiệu quả nhất đối với sự biến động của độ dốc, đồng thời lại có chi phí cực kỳ thấp.
ーーーーーー
Các bạn có biết về thang máy thủy lực không? Loại thiết bị này không chỉ được sử dụng trong việc vận chuyển hàng hóa nặng ngày nay, mà còn có truyền thuyết cho rằng nó từng được dùng để nâng những tảng đá khổng lồ của Kim tự tháp lên vị trí cao. Về mặt nguyên lý, việc nâng một ngọn núi bằng áp lực nước là điều tương đối dễ dàng. Chắc hẳn vụ lở đất và lở đá ở núi Izu, thành phố Atami cũng có nguyên nhân tương tự. Tuy nhiên, điều kỳ lạ là các chuyên gia về đất đá lại chỉ xem xét đến áp suất thủy tĩnh mà thôi.

Người Ai Cập cổ đại đã xếp những tảng đá khổng lồ để xây kim tự tháp như thế nào? Một giả thuyết mới đã xuất hiện

https://www.cnn.co.jp/fringe/35224686.html

———-

Đó là điều mà bất kỳ ai đang thực hiện các công trình gia cố sườn dốc cũng có thể nghĩ ra. Ngay cả ông Enta, một nhân vật nổi tiếng trong ngành này, cũng đã nghĩ ra điều đó.

Việc lắp đặt bu-lông khóa thoát nước sẽ giúp loại bỏ áp lực nước khe hở dư thừa do áp lực nước gây ra.

Và như vậy, chúng ta đang tiến gần đến phần cốt lõi của vấn đề.

Ông Enta đã đến đây vài lần để tham vấn về phương pháp thi công này. Về cơ bản, phương pháp thiết kế này có thể được thực hiện dựa trên cùng nguyên lý với ống gia cố thoát nước. Công trình tiêu tán áp lực nước khe hở dư thừa đóng vai trò chính, còn công trình gia cố chống cắt đóng vai trò phụ.

Với phương pháp thi công này, do có thể hạn chế sự hình thành áp lực nước khe hở dư thừa nên hiệu quả phòng ngừa sụp đổ sẽ cao hơn. Vì không phát sinh áp lực nước khe hở dư thừa nên công trình sẽ không dễ dàng rơi vào trạng thái phá hủy, do đó không cần phải xem xét yếu tố ma sát. Ngay cả khi phương pháp này có tác dụng ngăn chặn, thì cũng chỉ cần xem xét nó như một biện pháp gia cố chống cắt là được.

Và vì không chuyển sang chế độ phá hủy, nên cũng không cần phải tính đến những khái niệm kỳ quặc như hệ số giảm độ dốc, và ngay từ đầu, thậm chí không cần đến tấm chịu lực.

Phương pháp tính toán được trình bày như sau (dù nói vậy thì chắc các bạn cũng không đọc được đâu). Đây cũng là phương pháp tính toán đã được đăng ký quyền sở hữu trí tuệ, nên nếu muốn thực hiện thiết kế này, các bạn sẽ cần ký hợp đồng với tôi. Điều này có nghĩa là chúng tôi đang có mối quan hệ hợp tác với Entas.

Đây là biểu đồ diễn biến hệ số an toàn của sườn dốc, chắc hẳn sẽ khiến những ai đã quen với phương pháp tính ngược cảm thấy vô cùng lạ lẫm. Thông thường, sườn dốc có độ ổn định rất cao. Chỉ với một trận mưa lớn khiến nước ngập đến mặt đất cũng không đủ để gây ra hiện tượng trượt. Ngay cả trong những đợt mưa lớn kỷ lục, hệ số an toàn trung bình Fs vẫn lớn hơn 1,0.

Đối với các công trình công cộng, người ta thường tiến hành “đánh giá an toàn”. Tuy nhiên, trên thực tế, do độ bền của đất và tỷ lệ áp lực nước lỗ rỗng dư đều có sự dao động, nên cần phải xem xét vấn đề này từ góc độ xác suất. Khi đó, ngay cả khi Fs > 1,0, vẫn có những trường hợp theo xác suất thì Fs < 1,0. Đây chính là lý do tại sao các vụ sạt lở lại xảy ra một cách lẻ tẻ.

Nếu theo tính toán, hệ số an toàn trung bình Fs 1,0.

Trong công nghệ bu-lông neo thoát nước, tôi cho rằng không cần thiết phải tiến hành phân tích xác suất chi tiết như vậy trong các tính toán riêng lẻ. Đối với các dự án phòng ngừa quy mô lớn như đường bộ, đường sắt, v.v., khi cần có cơ sở lý luận về kỹ thuật địa chất, việc tính toán cho một số trường hợp cụ thể và tổng hợp thành bảng tổng hợp sẽ là phương pháp thực tiễn và hiệu quả (trên thực tế, đã có những trường hợp thiết kế theo phương pháp này).

Ngoài ra, có thể áp dụng các phương pháp tương tự như phương pháp thiết kế truyền thống. Cụ thể là phương pháp tính ngược và phương pháp sử dụng hệ số an toàn thiết kế; chỉ cần xác định hiệu quả gia cố là gia cố cắt thay vì gia cố ma sát là được. Nếu làm như vậy, các phương án xử lý sẽ không khác biệt quá nhiều.

Tuy nhiên, việc thiết kế dựa trên sự hiểu biết rằng “thực ra là như thế này đấy~” và việc thiết kế mà không có sự hiểu biết đó thì khác nhau như trời với đất.

Khi thị trường phòng ngừa xuất hiện, các phương pháp thi công tương tự (phương pháp nhái) sẽ liên tục xuất hiện. Tuy nhiên, khi thiết kế hệ thống tiêu tán áp lực nước khe hở dư thừa (thậm chí ngay cả khi quảng cáo về hiệu quả của nó), hãy nhớ liên hệ với tôi trước nhé. Việc quảng bá chỉ được thực hiện sau khi ký hợp đồng thôi.

Blog của Ota Geo ResearchDần dần 2