(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu khả năng hóa lỏng nền đê hữu Hồng khu vực Hà Nội khi chịu tác dụng của tải trọng động đất

L I CAM OAN
Tên tôi là Nguy n V n Minh.
H c viên l p cao h c CH23C11.
Chuyên ngành xây d ng cơng trình th y khóa 2015- 2017.
Tơi xin cam đoan lu n v n th c s “Nghiên c u kh n ng hóa l ng n n đê h u H ng
khu v c Hà N i khi ch u tác d ng c a t i tr ng đ ng đ t” là cơng trình nghiên c u
c a riêng tôi. Nh ng n i dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và
ch a đ

c ng

i nào cơng b trong b t k cơng trình nghiên c u nào khác.

Tác gi

Nguy n V n Minh


L IC M

N

Tác gi xin bày t lòng bi t n đ n PGS.TS Nguy n H ng Nam, ng
th i gian h

ng d n, v ch ra nh ng đ nh h

i đã dành nhi u

ng khoa h c cho lu n v n và cung c p

các tài li u c n thi t cho lu n v n này.
Tác gi xin c m n các th y, cơ giáo

khoa Cơng trình, các th y cơ giáo

khoa Sau

đ i h c đã t n tình giúp đ và truy n đ t ki n th c trong su t th i gian tác gi h c t p
c ng nh trong quá trình th c hi n lu n v n này.
Tác gi chân thành c m n lãnh đ o cùng đ ng nghi p trong công ty C ph n Long
Mã và nh ng ng

i b n và các thành viên l p cao h c CH23C11 đã đ ng viên, t o

đi u ki n, giúp đ , ch b o, khích l , ng h nhi t tình trong su t th i gian h c và hoàn
thành lu n v n.
Cu i cùng tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i gia đình và nh ng ng

i thân, đã

luôn ng h và đ ng viên tác gi hồn thành lu n v n này.
Tuy đã có nh ng c g ng nh t đ nh, nh ng do h n ch v ki n th c khoa h c và kinh
nghi m th c t c a b n thân tác gi cịn ít nên lu n v n không th tránh kh i nh ng
thi u sót. Tác gi r t mong nh n đ
t nt is đ

c ý ki n đóng góp và trao đ i nh ng v n đ còn

c tác gi nghiên c u sâu h n đ góp ph n đ a nh ng ki n th c khoa h c

vào ph c v s n xu t.
Hà N i, ngày

tháng

n m 2017

Tác gi

Nguy n V n Minh


M CL C
M

U .........................................................................................................................1

1. Tính c p thi t c a

tài ...........................................................................................1

2. M c đích nghiên c u .................................................................................................3
3. N i dung nghiên c u .................................................................................................3
4.
5. Ph

it

ng nghiên c u................................................................................................3
ng pháp nghiên c u...........................................................................................4

6. Các k t qu d ki n đ t đ
CH

c ....................................................................................4

NG 1: KHÁI QUÁT V HÓA L NG Ê SƠNG ..............................................5

1.1. Khái qt v hóa l ng n n đê sông do đ ng đ t trên th gi i ..................................5
1.1.1.

nh ngh a v đ ng đ t..........................................................................................5

1.1.2. Các đ c tr ng c b n c a đ ng đ t........................................................................5
1.1.3. Hi n t

ng hóa l ng n n đê sông trên th gi i ...................................................16

1.2. Khái quát v h th ng đê sông H ng và l ch s đ ng đ t t i khu v c Hà N i ......18
1.2.1.

c đi m sơng H ng ...........................................................................................18

1.2.2.

c đi m đ a hình, đ a ch t đê sông H ng khu v c Hà N i ...............................19

1.2.3.

ng đ t

Vi t Nam...........................................................................................21

1.2.4. L ch s đ ng đ t t i khu v c Hà N i ..................................................................22
1.3. M t s v n đ c n nghiên c u ................................................................................23
1.4. Tóm t t ch
CH

ng 1....................................................................................................23

NG 2: C S LÝ THUY T HÓA L NG .......................................................24

2.1. C s lý thuy t hóa l ng n n do đ ng đ t ..............................................................24
2.1.1. Khái quát v hi n t

ng hóa l ng .......................................................................24

2.1.2. C ch hình thành hóa l ng .................................................................................25
2.2. Các tiêu chí đánh giá tính nh y hóa l ng c a đ t ...................................................26
2.3. Các ph

ng pháp đánh giá hóa l ng n n ...............................................................27

2.4. Quy trình đ n gi n c a Seed và Idriss (1971) ........................................................29
2.4.1. T s kháng chu k CRR (Cyclic Resistance Ratio) ...........................................29
2.4.2. Tính CRR theo s c kháng xuyên côn CPT .........................................................33
2.4.3. T s

ng su t chu k CSR (Cyclic Stress Ratio)................................................34

2.4.4. H s an tồn ch ng hóa l ng FS (Factor of Safety)...........................................36
2.5. Ph

ng pháp s tính tốn kh n ng hóa l ng n n ..................................................37

2.5.1. Gi i thi u v ph n m m Geo - Slope ..................................................................37
2.5.2. C s lý thuy t c a ph n m m Seep/w ...............................................................38
2.5.3. C s lý thuy t c a Quake/w...............................................................................39
2.5.4. Trình t tính tốn .................................................................................................44
2.6. Tóm t t ch

ng 2....................................................................................................46

CH

NG D NG K T QU

NG 3:

NGHIÊN C U VÀO TÍNH TỐN HĨA

L NG CHO CƠNG TRÌNH Ê HÀ N I ....................................................................47
3.1. Gi i thi u v cơng trình đê hà N i .........................................................................47
3.2. ánh giá tính nh y hóa l ng đê h u H ng đo n Tiên Tân- Thanh Trì ..................47
3.2.1. Khái quát v đê h u H ng đo n Tiên Tân- Thanh Trì .......................................47
3.2.2. ánh giá tính nh y hóa l ng c a đ t r i..............................................................50
3.2.3. ánh giá tính nh y hóa l ng c a đ t dính ...........................................................52
3.3. ánh giá tính nh y hóa l ng đê h u H ng đo n K73+500-K74+100 theo quy trình
đ n gi n Seed và Idriss (1971) ......................................................................................56

3.3.1. Các tài li u tính tốn ............................................................................................56
3.3.2. V trí tính tốn .....................................................................................................58
3.3.3. K t qu tính tốn hóa l ng đánh giá tính nh y hóa l ng đê h u H ng đo n
K73+500-K74+100 theo quy trình đ n gi n Seed và Idriss (1971) ..............................59
3.3.4. ánh giá kh n ng hóa l ng n n theo quy trình đ n gi n Seed và Idriss (1971) ..60
3.4. K t qu tính tốn kh n ng hóa l ng đê h u H ng đo n K73+500-K74+100 theo
ph

ng pháp ph n t h u h n Quake/w 2007...............................................................61

3.4.1. K t qu tính tốn hóa l ng m t c t 1-1 t i KM73+750 .......................................61
3.4.2. K t qu tính kh n ng hóa l ng c a các m t c t b ng ph n m m Quake/w .......62
3.4.3.

ánh giá kh n ng hóa l ng n n theo ph

ng pháp ph n t h u h n, s d ng

ph n m m Quake/w 2007 ..............................................................................................65
3.5. Gi i pháp thi t k kháng hóa l ng t ng c

ng n đ nh đê khi có đ ng đ t ...........65

3.5.1. M c đích và gi i pháp .........................................................................................65
3.5.2. C c đ t xi m ng ...................................................................................................66
3.5.3. C c cát .................................................................................................................67


3.6. Tóm t t ch

ng 3....................................................................................................68

K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................................................70
1. K T LU N .............................................................................................................70
2. KI N NGH ............................................................................................................71
3. H N CH ...............................................................................................................71
4. H

NG NGHIÊN C U TI P THEO ...................................................................72

TÀI LI U THAM KH O .............................................................................................73
PH L C TÍNH TỐN ...............................................................................................76


DANH M C CÁC HÌNH NH
Hình 1.1: S đ thơng s v trí c a m t tr n đ ng đ t __________________________6
Hình 1.2: S đ truy n sóng đ ng đ t ______________________________________6
Hình 1.3: Bi n d ng gây ra do sóng kh i (a) Sóng P (b) Sóng S (Bolt, 1993) _______8
Hình 1.4: Bi n d ng gây ra do sóng m t (a) Sóng Rayleigh (b) Sóng Love (Bolt, 1993)
____________________________________________________________________8
Hình 1.5: S đ đ nh ngh a magnitud đ a ph
Hình 1.6: Tr n đ ng đ t n m 1993

ng theo Richter _________________10

Kushiro-oki (Internet) ___________________17

Hình 1.7: ê sơng Tokachi sau đ ng đ t (Internet)___________________________17
Hình 1.8: ê sông Tone sau đ ng đ t (Internet) ____________________________17
Hình 1.9: ê sơng Hinuma sau đ ng đ t (Internet)___________________________17

Hình 1.10: Mơ hình n n đê s ng H ng Hà N i ( oàn đ a ch t Hà N i, 1999) _____21
Hình 2.1: K t c u h t đ t khi x y ra hi n t
Hình 2.2: M i t

ng hóa l ng ______________________24

ng quan gi a N60 th nghi m tiêu chu n thâm nh p b ng kinh

nghi m, ng su t theo chi u d c và góc ma sát trong s ch đ i v i cát th ch anh
(Mello 1971, Coduto 1994) _____________________________________________31
Hình 2.3: Các h hi u ch nh y u t đ l n theo h s MSF (Seed et al. 1985) ______32
Hình 2.4:T l kháng chu k CRR ________________________________________33
Hình 2.5: Hình d ng m i cơn ____________________________________________33
Hình 2.6: Bi u đ t l kháng chu k CRR __________________________________34
Hình 2.7: Các đi u ki n gi thi t cho ngu n g c c a ph

ng trình đ ng đ t CSR ___35

Hình 3.1: Hai mơ hình n n đê có nguy c hóa l ng/hóa m m theo chu k _________48
Hình 3.2: M t c t d c đ a ch t đo n Tiên Tân – Thanh Trì (HEC-1, 1994) ________49
Hình 3.3: M t c t ngang đ a ch t đo n Tiên Tân – Thanh Trì (HEC-1, 1994) ______49
Hình 3.4: Ph m vi gi i h n các đ

ng cong phân tích h t c a các lo i đ t d hóa l ng

và khơng hóa l ng (Tsuchida 1970, USNRC 1985) ___________________________50
Hình 3.5: K t qu phân tích h t đo n Tiên Tân -Thanh Trì ____________________51
Hình 3.6:

th gi i h n Atterberg dùng đ đánh giá kh n ng hóa l ng c a đ t dính

(Boulanger & Idriss - 2004) _____________________________________________54


Hình 3.7: K t qu đánh giá kh n ng hóa l ng c a đ t dính đê h u H ng đo n Tiên
Tân- Thanh Trì _______________________________________________________56
Hình 3.8: B ng gia t c t i v trí K73+750 v i chu k 475 n m __________________57
Hình 3.9: B ng gia t c t i v trí K73+750 v i chu k 2475 n m _________________57
Hình 3.10: B ng gia t c t i v trí K73+900 v i chu k 475 n m _________________57
Hình 3.11: B ng gia t c t i v trí K73+900 v i chu k 2475 n m ________________57
Hình 3.12: B ng gia t c t i v trí K74+100 v i chu k 475 n m _________________58
Hình 3.13: B ng gia t c t i v trí K74+100 v i chu k 2475 n m ________________58
Hình 3.14: M t b ng đo n đê tính tốn t i v trí K73+500 đ n K74+100 đê H u H ng
___________________________________________________________________59
Hình 3.15: Bi u đ

k t qu

tính tốn h s

an tồn hóa l ng theo đ

sâu t i

KM73+750 __________________________________________________________59
Hình 3.16: Bi u đ

k t qu

tính tốn h s

an tồn hóa l ng theo đ

sâu t i

KM73+900 __________________________________________________________60
Hình 3.17: Bi u đ

k t qu

tính tốn h s

an tồn hóa l ng theo đ

sâu t i

KM74+100 __________________________________________________________60
Hình 3.18: K t qu tính tốn hóa l ng tr

ng h p m c n

c hi n tr ng __________61

Hình 3.19: K t qu tính tốn hóa l ng tr

ng h p m c n

c báo đ ng 1 _________61

Hình 3.20: K t qu tính tốn hóa l ng tr

ng h p m c n

c báo đ ng 2 _________61

Hình 3.21: K t qu tính tốn hóa l ng tr

ng h p m c n

c báo đ ng 3 _________62

Hình 3.22: K t qu tính tốn hóa l ng tr

ng h p m c n

c l l ch s n m 1971 __62

Hình 3.23: Chi ti t v trí hóa l ng ________________________________________63
Hình 3.24: K t qu tính n đ nh mái phía sơng tr

ng h p m c n

c báo đ ng 3 và

chu k đ ng đ t T=2475 n m, K minmin =4,899 _______________________________64
Hình 3.25: K t qu tính n đ nh mái phía sơng tr

ng h p m c n

c l l ch s n m

1971 và chu k đ ng đ t T=2475 n m, K minmin =4,386 ________________________64


DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 1-1: T

ng quan x p x gi a M L và gia t c n n c c đ i a max , đ dài rung đ ng

và thang c p c a MMI t i vùng lân c n phá ho i đ t g y _____________________12
B ng 1-2: T

ng quan gi a gia t c đ nh n n a max và c p đ ng đ t I trong các thang

đo _________________________________________________________________14
B ng 1-3: S tr n đ ng đ t x y ra theo n m ________________________________15
B ng 3-1: B ng tính tốn giá tr gi i h n ch y c a các m t c t đê H u H ng đo n
Tiên Tân- Thanh Trì (K40+350- K85+600) theo ph
B ng 3-2: M c n

c các tr

ng pháp Casagrande _______54

ng h p tính tốn ______________________________57

B ng 3-3: B ng t ng h p ch tiêu c lý ( HTL, 2015) ________________________58
B ng 3-4: B ng t ng h p k t qu tính tốn các m t b ng Quake/w 2007 _________62

DANH M C CÁC T
Ký hi u
PPPTHH

VI T T T VÀ GI I THÍCH THU T NG
Ký
hi u

Tên g i
Ph ng pháp ph n t
h n

h u

N

S nhát búa SPT đo đ
cho 30cm cu i cùng.

N 60

Giá tr hi u ch nh giá tr N

FS

H s
l ng.

v0

c

an toàn ch ng hóa

ng su t t ng theo ph
th ng đ ng, kPa

ng

Tên g i

Cb

Giá tr s a ch a đ
khoan.

CN

H s hi u ch nh chi m áp l c
quá t i

Cr

Giá tr ch nh s a chi u dài h
khoan.

(N 1 ) 60

Giá tr s a ch a cho các th t c
th nghi m và áp l c quá t i

' v0

ng su t hi u qu theo ph
th ng đ ng, kPa

E

Mô đun Young

CRR

T s kháng chu k

,G

H ng s Lamé

CSR

T s

ν

H s Poisson

CPT

Thí nghi m xun cơn
Giá tr hi u ch nh s c kháng m i

côn CPT

Gia t c n n l n nh t.

q c1

Em

H s búa hi u qu .

Mw

gia t c tr ng tr

LL

Gi i h n ch y

PI

Ch s d o

CSL
FSL

ng.

ng tr ng thái t i h n
Hóa l ng d ng dịng

IL

ng

ng su t chu k

a max

g

ng kính l

l n mơ men đ ng đ t

ng không n đ nh



M
1.

U
Tính c p thi t c a
ng đ t là m t hi n t

h i loài ng

i.

tài

ng thiên nhiên gây nên nh ng tai h a kh ng khi p đ i v i xã

i v i cơng trình, đ ng đ t có th làm: m t n đ nh (tr

t mái), bi n

d ng l n (lún, n t), xói ng m, hóa l ng …. Trên th gi i đã t ng x y ra r t nhi u tr n
đ ng đ t gây h a qu đ c bi t nghiêm tr ng nh : Tr n đ ng đ t Great Kanto (Nh t
B n, n m 1923 m nh 7,9 đ Richter) làm h h ng h u nh toàn b Tokyo và con s
ng

i ch t lên đ n 142.000 ng

richter làm 7.000 ng

i; đ ng đ t Kobe t i Nh t B n n m 1995 m nh 6.5 đ

i ch t; tr n đ ng đ t và sóng th n Tohoku 2011, sóng th n cao

đ n 38,9 m đã đánh vào Nh t B n ch vài phút sau đ ng đ t, t i m t vài n i sóng th n
ti n vào đ t li n 10 km, tr n đ ng đ t và sóng th n đã gây ra nhi u thi t h i nghiêm
tr ng t i qu c gia này có 15.854 ng
ng

i thi t m ng, 9.677 ng

i b th

ng và 3.155

i m t tích t i 18 t nh c a Nh t B n và h n 125.000 cơng trình nhà , các c s h

t ng b h h i ho c phá h y hoàn toàn.….
Lãnh th

Vi t Nam n m

vùng đ t có c u trúc đ a ch t - ki n t o ph c t p,

tuy không n m trên các vành đai đ ng đ t - núi l a ho t đ ng, nh ng c ng không ph i
n m trên vùng đ t b n khó x y ra đ ng đ t. Các vùng có nguy c
6,0 -7,0 đ Richter

x y ra đ ng đ t t

Vi t Nam g m: đ i đ t g y trên h th ng sông H ng, sông Ch y;

đ i đ t g y Lai Châu- i n Biên; đ i sông Mã, S n La, sơng à (N. Xun, 2004).
Hóa l ng là m t v n đ m i, h u nh ch a đ

c xem xét khi thi t k các cơng trình

Vi t Nam. Hóa l ng do đ ng đ t có th r t nguy hi m, gây ra nh ng h u qu khôn
l

ng đ i v i các cơng trình dân d ng các cơng trình th y l i nh đê, đ p, t

ch n....đã và đang đ
nh

c thi công trong vùng ch u nh h

ng c a đ ng đ t

n

ng
c ta

i n Biên, S n La, Lai Châu, …

Hà N i có v trí đ a lý - chính tr r t quan tr ng đ i v i c n
tài v t l c t các t nh trong c n

c. ây là n i t p k t nhân

c. Ngh quy t 8 c a B Chính tr ngày 21/1/1983 đã

kh ng đ nh “Hà N i là trung tâm đ u não v chính tr , v n hóa, khoa h c- k thu t, đ ng
th i là trung tâm l n v kinh t , m t trung tâm giao d ch qu c t c a c n
1

c”.


Hà N i hi n có 20 tuy n đê chính v i t ng chi u dài 469.913 km, trong đó: 37.709 km
đê h u H ng là đê c p đ c bi t; 211.569 Km đê c p I (h u H ng, t H ng, h u u ng,
t

áy); 67.464 km đê c p II (h u à, t

áy, La Th ch, Ng c T o, t

u ng); 87.325

km đê c p III (Vân C c, Tiên Tân, Quang Lãng, Liên Trung, h u C u, t - h u Cà L );
65.846 Km đê c p IV (t Tích, t Bùi,

ng 6 Ch

ng M , M Hà). Ngồi ra cịn có

23 tuy n đê b i v i t ng chi u dài 73.350 km. ê sơng H ng có các đo n sau đây:
•

Tuy n đê h u H ng ( ê c p I) t : K0+000ữK117+850 (di 113.700 Km).

ã

Tuy n ờ t H ng ( ê c p I) t : K28+503÷K77+284 (dài 48.781 Km).

•

Tuy n đê La Th ch ( ê c p II): K0+000ữK6+500 (di 6.500 Km).

ã

Tuy n ờ Ng c T o ( ê c p II): K0+000÷K14+134 (dài 14.134Km).

•

Tuy n đê Vân C c ( ê c p III): K0+000÷K15+160 (dài 15.160 Km).

Theo b n đ phân vùng đ ng đ t lãnh th Vi t Nam, thành ph Hà N i n m trong
vùng đ ng đ t c p 8. Vi n v t lý đ a c u thu c Vi n khoa h c Vi t Nam d báo, Hà
N i có th x y ra đ ng đ t m nh t i 6,1 - 6,5 đ richter,

đ sâu 15-20 km, liên quan

t i ho t đ ng c a các đ t gãy sâu sông H ng, sông Ch y. Ho t đ ng ki n t o vùng
tr ng sông H ng r t đa d ng và ph c t p. Các h th ng đ t gãy sâu Sông H ng, Sông
Ch y, Sông Lô và V nh Ninh đ u c t qua đê ho c nh h

ng tr c ti p đ n đê. Ho t

đ ng ki n t o lâu dài và liên t c gây ra s chuy n dịng sơng r t mãnh li t và tác đ ng
làm bi n đ i môi tr

ng đ a ch t ven sông và n n đê. Ho t đ ng ki n t o làm thay đ i

chi u dày t ng tr m tích b r i, làm xu t hi n các t ng đ t y u và nh t là các t ng
thông n

c ch y u nh cu i s i, cát h t trung cho đ n cát m n. S hình thành t ng cát

pha, cát b i do q trình chuy n lịng sơng đã làm gia t ng q trình đ a ch t cơng
trình đ ng l c. Ho t đ ng ki n t o c ng t o ra các đ a hình đ c bi t c a l ng sơng và
lân c n. Các bãi gi a sơng đ

c hình thành do t c đ chuy n dòng l n v i thành ph n

th ch h c r t ph c t p đã làm gia t ng quá trình nguy hi m cho đê.
Vi c l a ch n nghiên c u kh n ng hóa l ng đê h u H ng, khu v c Hà N i d a vào
các c n c sau:
+ H th ng đê đi u Hà N i có nhi m v đ c bi t quan tr ng b o v thành ph Hà N i,
trung tâm kinh t , v n hóa, chính tr l n c a đ t n

2

c v i s dân 6.45 tri u ng

i, đ ng


th hai toàn qu c (Ban ch đ o t ng đi u tra dân s và nhà

trung

ng n m 2010).

+ Hà N i n m trong vùng đ t g y sông H ng- sông Ch y; trong l ch s đã ch u các
tr n đ ng đ t c p 7, c p 8 vào các n m 1277, 1278, 1285.
+

a t ng n n đê có ch a l p cát dày d b hóa l ng khi có đ ng đ t m nh.

+ Nhi u cơng trình l y n

cs đ

c xây d ng.

Vì v y đ tài “Nghiên c u kh n ng hóa l ng n n đê h u H ng khu v c Hà N i khi
ch u tác d ng c a t i tr ng đ ng đ t” là h t s c c n thi t có ý ngh a th c ti n cao.
2.

M c đích nghiên c u

+ Nghiên c u nh h

ng các y u t chính nh đ ng đ t, đi u ki n đ a ch t, đ a ch t

th y v n đ n kh n ng hóa l ng n n đê sông H ng.
+

ánh giá kh n ng hóa l ng các đo n đê h u sông H ng thông qua s li u kh o sát

hi n tr
+

ng thu th p đ

c.

xu t gi i pháp phịng ch ng hóa l ng t ng c

ng n đ nh do nh h

ng c a

đ ng đ t m nh.
3.

N i dung nghiên c u

+ Nghiên c u tính nh y hóa l ng c a đ t n n đê h u H ng.
+ Nghiên c u nh h

ng c a các y u t chính nh đ ng đ t, lo i đ t, m c n

c ng m

đ n hóa l ng c a n n đê.
+ Nghiên c u các y u t
+

nh h

ánh giá kh n ng hóa l ng đ

ng khác đ n hóa l ng c a đ t n n đê.
c đ a vào quy trình đ n gi n c a Seed and Idriss

(1971) và phân tích ph n t h u h n v i công trình đê th c t .
it

4.
+

it

ng nghiên c u

ng nghiên c u: đê sông

+ Ph m vi nghiên c u: n n đê h u H ng m t s đo n xung y u thu c đ a ph n thành
ph Hà N i t Tiên Tân đ n Thanh Trì.

3


5.

Ph

ng pháp nghiên c u

+ S d ng các ph

ng pháp th ng kê, thu th p, t ng h p các tài li u nghiên c u kh o

sát, th c nghi m v hóa l ng c a các cơng trình đê sơng trên th gi i và trong n
+ S d ng các ph
(1971) và ph
6.
+

ng pháp tính tốn lý thuy t quy trình đ n gi n c a Seed và Idriss

ng pháp s ph n t h u h n (ph n m m Quake/w 2007).

Các k t qu d ki n đ t đ
ánh giá đ

c.

c

c tính nh y hóa l ng c a m t s đo n n n đê h u H ng, khu v c thành

ph Hà N i.
+ D báo đ

c kh n ng x y ra hóa l ng c a đê h u sông H ng khi có đ ng đ t m nh

x y ra t i khu v c Hà N i.

4


CH

NG 1: KHÁI QT V HĨA L NG Ê SƠNG

1.1. Khái qt v hóa l ng n n đê sơng do đ ng đ t trên th gi i
1.1.1.

nh ngh a v đ ng đ t

ng đ t (Earthquake, Shock, quake, seism, macroseism) là m t chuy n đ ng hay

rung đ t ng t trong v qu đ t sinh ra do s gi i phòng t c th i n ng l
đ

c tích l y d n t tr

c. Có nhi u nguyên nhân gây ra đ ng đ t nh ki n t o m ng,

n i l a phun trào, đ t gãy n i kh i, t
đ t, và do con ng

ng bi n d ng

ng tác gi a n

c v i kh i đ t đá trong v qu

i gây ra nh n sâu trong lòng đ t (tác nhân ngu n g c hóa h c hay

h t nhân), ho c do xây d ng các h ch a l n làm m t cân b ng t nhiên c a kh i đ t
đá. Tuy nhiên gi i thích m i và thuy t ph c h n c hi n nay v nguyên nhân đ ng đ t
là do s trôi d t l c đ a và ki n t o m ng kích thích n i l a ho t đ ng.
ng đ t có th làm h h i cơng trình do: l c qn tính, làm thay đ i các tính ch t c
lí c a kh i đ t đá nh hóa m m - hóa l ng, s đ t gãy do chuy n v , s hình thành các
sóng n

cl n

bi n hay các h ch a.... Trong ph m vi nghiên c u c a lu n v n ch

xét đ n hi n t

ng hóa l ng, m t trong nh ng tác h i l n nh t do đ ng đ t gây ra đ i

v i đ t r i bão hòa n

c.

1.1.2. Các đ c tr ng c b n c a đ ng đ t
1.1.2.1. Ch n tâm, ch n tiêu và sóng đ ng đ t
Trong m t tr n đ ng đ t ng

i ta đ a ra khái ni m ch n tiêu và ch n tâm.

+ Ch n tiêu là v trí n m trong th ch quy n, n i x y ra s phá h y và b c x các sóng
đ a ch n.
+ Ch n tâm là hình chi u theo ph

ng đ ng c a ch n tiêu lên m t đ t.

+ Kho ng cách t ch n tiêu đ n ch n tâm đ

c g i là đ sâu ch n tiêu (H). Kho ng

cách t ch n tiêu và ch n tâm đ n đi m quan tr c đ

cg it

ng ng là tiêu c ho c

kho ng cách ch n tiêu (R) và tâm c ho c kho ng cách ch n tâm ( L) Hình 1.1.

5


Tùy thu c vào đ sâu c a ch n tiêu (H) mà đ ng đ t có th đ
•

ng đ t nơng H < 70km

•

ng đ t trung bình H = 70 - 300 km

•

ng đ t sâu H > 300km)

Các tr n đ ng đ t m nh th

ng x y ra

c phân thành các lo i:

đ sâu H = 30 - 100km

Hình 1.1: S đ thơng s v trí c a m t tr n đ ng đ t

Hình 1.2: S đ truy n sóng đ ng đ t
+ Sóng đ ng đ t: Có ba lo i sóng đàn h i: Sóng ngang, sóng d c và sóng m t đ
truy n t ch n tiêu t o nên ch n đ ng c m nh n đ

c

c là ngun nhân gây h h i cơng

trình, t o l c quán tính làm thay đ i các tính ch t c a đ t đá nh hóa m m l ng gây s t

6


l kh i đ t đá hay các cơng trình nhà x

ng, c u c ng, ch y n và sóng th n làm ch t

nhi u sinh m ng. Trong ba lo i sóng nóng ch có hai lo i truy n trong kh i đ t đá g i
là sóng kh i có tên g i sóng P (Primary Wave - sóng d c) và sóng S (Secondary Wave
- sóng ngang).
Ng

i ta đã l p đ

c quan h t

ng quan gi a đ dài ch n tiêu và magnitud cúa m t

tr n đ ng đ t.
Trong ph m vi toàn c u:
log L = 0,67 M - 2,94

[ Well, and Copersmith, 1994]

T i Vi t Nam:
[ N. Xuyên, 1997]

log L = 0,5 M - 1,06 ± 0,3

C n c s truy n sóng P và S t ch n tiêu đ n tr m quan sát c ng có th l p bi u th c
đ nh v s b v trí c a ch n tiêu:
T = t - to = R/v

(1.1)

Trong đó: t 0 - th i đi m phát sinh đ ng đ t; t - th i đi m ghi đ
đ u tiên

c sóng đ a ch n

tr m quan sát; R – kho ng cách ch n tiêu; v – v n t c truy n sóng đ a ch n.

Trong đ ng đ t g n, xem m t đ t nh ph ng, R có th xác đ nh theo t a đ khơng
gian , , h cịn tr m đ a ch n có t a đ
Vì v y ph

0,

0,

do v y R =

(ϕ − ϕ0 ) + ( λ − λ0 )

2

2

.h 2 .

ng trình (1.1) có d ng sau g m 4 n s :
T =t − t0 = (ϕ − ϕ0 ) + ( λ − λ0 ) + h 2 / v
2

a.

2

Sóng P

Sóng P là sóng s c p (sóng nén, sóng d c) gây nén - dãn n liên t c môi tr
truy n qua, theo ph

ng truy n sóng. Nó lan truy n đ

l ng (dung nham núi l a và n

ng sóng

c trong v t r n c ng nh nh
ng song song v i ph

ng

truy n song và sóng S - sóng th c p (sóng c t, sóng ngang) truy n theo ph

ng

vng góc v i ph

c), h t sóng truy n theo ph

ng truy n sóng. T c đ truy n sóng P l n h n tơc đ truy n sóng S

và có tác d ng t ng áp l c n

c l r ng d gây hóa m m, hóa l ng kh i đ t đá.
7


Hình 1.3: Bi n d ng gây ra do sóng kh i (a) Sóng P (b) Sóng S (Bolt, 1993)
b.

Sóng S

Sóng S là sóng th

c p chuy n đ ng theo ph

ng vng góc v i ph

ng truy n

c a sóng và c t kh i đá trên m t bên, có t c đ truy n sóng ch m h n sóng P và khơng

truy n đ
tr

c trong mơi tr

c tiên ng

ng l ng (dung nham, n

c). Trong m t tr n đ ng đ t x y ra

i ta c m nh n th y sóng P, sau đó ít lâu sóng S m i t i và nó s

làm h h i cơng trình.
c.

Sóng m t

Sóng m t (Surface Wave) là lo i sóng th ba c a sóng đ ng đ t. Sóng m t hình thành
do sóng kh i t

ng tác v i b m t hay các l p m t c a qu đ t. Khi sóng m t

truy n trên m t đ t, biên đ sóng gi m d n theo chi u sâu. Sóng m t đ
t

c t o nên b i

ng tác gi a các sóng kh i v i b m t ho c các l p m t trên b m t c a trái đ t.

Sóng m t ch chuy n đ ng d c theo m t đ t v i t c đ ch m h n sóng kh i và biên
đ gi m theo hàm m theo chi u sâu. Sóng này t

ng t các g n sóng trên m t h

nên chuy n đ ng c a sóng ph n l n ngồi m t đ t.

Hình 1.4: Bi n d ng gây ra do sóng m t (a) Sóng Rayleigh (b) Sóng Love (Bolt, 1993)
8


1.1.2.2. Các đ c tr ng c b n c a đ ng đ t
a.

C

ng đ và đ l n c a đ ng đ t

Có hai cách ch y u đ đánh giá đ m nh c a đ ng đ t là c

ng đ d a trên m c tàn

phá v nhà c a cơng trình và c m nh n - ph n ng c a con ng
đ ng đ t d a trên n ng l
C

ng đ đ ng đ t (I) đ

i và đ l n c a tr n

ng thoát ra t đ ng đ t đó.
c xây d ng trên ch ng c l ch s phá ho i quan sát đ

v nhà cơng trình và ph n ng c a con ng
qu c a các tr n đ ng đ t đã x y ra tr

c

i đ l p ra m t thang b c đ nh tính v h u

c khi có các d ng c đo chính xác.

l n c a đ ng đ t –M
l n đ ng đ t là m t chu n đ nh l

ng v n ng l

ng thoát ra c a m t tr n đ ng

đ t th hi n trên biên đ c c đ i c a ch n đ , do Richter đ a ra s d ng đ u tiên t
1935 đ phân h ng đ ng đ t

nam California và đ

c g i là “thang đ l n đ ng đ t

i ta s d ng các thang đ l n c b n sau đ phân

richter” (đ Richter). Ngày nay ng

h ng đ ng đ t v đ l n. Tu thu c vào các sóng đ a ch n đ
đ a ph

c s d ng ta có đ l n

ng (local magnitude) M L , đ l n theo sóng m t (Surface ware magnitude) Ms,

đ l n theo sóng kh i (body wave magnitude) M b , đ l n theo moment đ a ch n
(moment magnitude) M w .


l n đ a ph

ng M L (đ Richter)

Thang đ l n c a Richter đ
m t s quan sát

c xây d ng d a trên gi thi t đ

Nh t b n và California r ng các đ

logarit biên đ pha c c đ i ghi đ

ng t t d n theo kho ng cách c a

c trong các tr n đ ng đ t m nh y u khác nhau thì

song song v i nhau, ngh a là kho ng cách gi a hai đ
theo kho ng cách ch n tâm. V y n u l y đ

ng cong t t d n không thay đ i

ng t t d n pha c c đ i trong m t tr n

đ ng đ t nào đó làm chu n r i tính kho ng cách t các đ
đ ng đ t quan sát t i đ

ng đó ta s đ

đ ng đ t khác nhau. Richter g i đ i l
Richter đ

c minh ch ng qua

cđ il

ng t t d n trong các tr n

ng đ so sánh đ l n c a các tr n

ng đó là đ l n (Magnitude), ký hi u là M L .

c đ nh ngh a là logarit c s 10 c a t s gi a biên đ c c đ i A c a

các sóng đ a ch n do đ ng đ t gây ra (đo theo ph
9

ng ngang) và biên đ c c đ i A 0

c a các sóng đ a ch n t

ng t c a m t tr n đ ng đ t chu n theo Richter (1935, 1958).

A
=
M log= logA − log A0
A0

(1.2)

Trong đó A là biên đ l n nh t c a dao đ ng đo b ng µm trên thành ph n n m ngang
c a b ng ghi đ ng đ t b ng máy đ a ch n Wood - Anderson (máy đ a ch n chu k
ng n dùng

California th i y, có chu k riêng T 0 = 0,8 sec, h s t t d n

đ khu ch đ i l n nh t V max = 2800 m/s)
t t d n chu n - đ

kho ng cách

=100 km; log A o là đ

ng t t d n pha c c đ i trong đ ng đ t có M = 0.

đ ng đ t ghi nh n đ

= 0,8 và

ng

cho m i tr n

c vào th i gian y đ u có M ≥ 0, Richter đ ng nh t tr n đ ng

đ t M = 0 v i tr n đ ng đ t y u nh t mà máy Wood - Anderson còn ghi đ
California th i b y gi . Thang này đ

c Richter áp d ng đ u tiên

l p cho các tr n đ ng đ t ch n tiêu nông.
M L c n ph i xây d ng đ

California đ

c
c

i v i các khu v c khác, mu n xác đ nh

ng chu n logAo.( ) riêng vì đ

ng t t d n pha c c đ i có

th thay đ i t khu v c này sang khu v c khác.

Hình 1.5: S đ đ nh ngh a magnitud đ a ph
ng log Ao c a Richter cho đ ng đ t nông

ng theo Richter

nam California bi u th g n đúng b ng

công th c:
log A0 =
5,12
−
2,56.log
∆

A o đo b ng µm,

- b ng km, và 10 <

(1.3)

< 600km.

Nh v y công th c Richter xác đ nh magnitud c a đ ng đ t
10

California là:


=
M L log A + 2,56.log ∆ − 5,12

kho ng cách

(1.4)

= 100km, log Ao = 0, Ao = 1µm và M = log A. Cho nên c ng có

th xác đ nh đ l n đ ng đ t b ng logarit c s 10 c a biên đ pha c c đ i đo đ

c

b ng µm trên b ng ghi đ ng đ t b ng máy đ a ch n Wood - Anderson.
Vì đ khu ch đ i c a máy b ng 2800, nên biên đ dao đ ng c a n n đ t s nh h n
biên đ đo đ

c trên b ng ghi 2800 l n và cơng th c tính magnitude đ ng đ t s là:
=
M L log A + 2,56.log ∆ − 1, 67

(1.5)

Trong đó A- biên đ l n nh t c a dao đ ng n n đ t đo b ng µm.


Thang đ l n theo sóng m t - M S

Thang M L tuy r t ti n ích nh ng khơng áp d ng đ

c đ i v i đ ng đ t xa và ghi nh n

b ng các máy đ a ch n khác, m t khác c ng không phân bi t đ

c các lo i sóng khác

nhau. T i các kho ng cách ch n tâm l n ngoài 600 km ghi b ng máy đ a ch n chu k
dài (chu k riêng b ng kho ng 10÷15 giây), pha c c đ i thu c v sóng m t, th
chu k 20 giây; t i kho ng cách ch n tiêu l n sóng kh i l i th
phân tán, do v y thang MS th

ng đ

RW) có chu k kho ng 20 giây. M S đ

ng có

ng b suy gi m và

c dùng d a trên biên đ sóng m t (Rayleigh c xác đ nh theo bi u th c sau:

M S = log A 20 + 1,66 log∆ + 2,0

(1.6)

Trong đó: M S - thang đ l n sóng m t; A 20 - chuy n v n n l n nh t, tính b ng
micromet; ∆ - kho ng cách t ch n tâm t i máy đo sóng đ ng đ t tính b ng đ (3600
theo vịng quanh trái đ t). Vì thang M S dùng chu n là chuy n v n n l n nh t, nên có
th dùng lo i máy đo sóng đ a ch n b t k đ xác đ nh đ l n sóng m t. Thang đ này
có th dùng cho các tr n đ ng đ t v a t i l n có đ sâu ch n tiêu nông (70 km) v i
kho ng cách ch n tâm t i máy đo l n h n 1000 km.


Thang đ l n theo sóng kh i - M b
i v i đ ng đ t có ch n tiêu sâu, sóng m t th

th đánh giá đ
đ

ng quá nh không th hi n rõ đ có

c, trong khi đó sóng d c P phân bi t rõ ràng v i các pha sóng khác và

c ghi nh n t t trên máy ghi sóng chu n qu c t chu k riêng x p x 1 giây. Do v y

11


sóng P th

ng đ

c dùng đ đánh giá đ l n c a đ ng đ t d a trên biên đ c a m t s

ít chu k đ u tiên ít ch u nh h
kh i đ

ng b i đ sâu ch n tiêu (Bolt. 1989).

l n sóng

c xác đ nh theo bi u th c sau:
M b = logA - logT + 0,01∆ + 5,9

(1.7)

Trong đó A- biên đ c a sóng P, tính b ng micromet (µm), T - chu k c a sóng p
(th

ng kho ng 1 giây). Thang M b th

ng đ

c dùng đ mô t các đ ng đ t n i

m ng.
Thang đ l n theo momen – Mw



Các thang đ l n nêu trên đ u ph thu c nhi u vào t n s c a sóng đ ng đ t, chúng có
th ti n đ n m t gi i h n t i đó khơng cịn phân bi t đ
t

ng đó đ
nh h

c đ l n c a đ ng đ t, hi n

c g i là bão hịa, ví d M L bão hịa t i 6 ÷ 7, M S là 8 và M b là 6. Ít ch u

ng c a hi n t

ng bão hịa là Mm, vì h này đ

c thi t l p theo momen đ a

ch n, dùng tr c ti p các y u t gây phá h y d c theo đ t g y. Thang này th

ng đ

c

dùng đ xác đ nh đ l n c a các tr n đ ng đ t B ng 1-1.
B ng 1-1: T

ML
≤2
3
4
5
6
7
≥8
Mw đ

ng quan x p x gi a M L và gia t c n n c c đ i a max , đ dài rung đ ng và
thang c p c a MMI t i vùng lân c n phá ho i đ t g y
nh gia t c n n
a max g n n i phá
ho i đ t g y
0,09g
0,22g
0,37g
≥ 0,50g

Kho ng th i gian
ch n đ ng g n n i
phá ho i đ t g y
2 sec
12 sec
24 sec
≥ 34

Thang MMI g n n i phá
ho i đ t g y
I – II III
IV – V VI – VII VII – VIII
IX – X XI - XII

c xác đ nh theo công th c sau (Kanamori, 1977; Hanks - Kanamori, 1979)
=
Mw

log M 0
− 10, 7
1,5

Trong đó: M 0 -momen đ ng đ t (dyne.cm), đ

(1.8)
c xác đ nh theo công th c(Idriss,

1985):
M 0 = µ.S.D

(1.9)

12


Trong đó: S - di n tích m t đ t đo n t i ch n tiêu;
µ - momen c t c a đá, trung bình 3.1011 dyne/cm2 c a đ i th ch quy n;
D- biên đ d ch chuy n t

ng đ i gi a hai cánh c a m t đ t đo n trong ch n tiêu.

Momen đ ng đ t là đ i l

ng đ c tr ng đúng h n c đ đánh giá đ l n c a đ ng đ t.

b.

N ng l

N ng l

ng đ

g i là n ng l
b ng quan h t

Trong đó E đ
n ng l

ng đ ng đ t
c gi i phóng truy n ra khơng gian xung quanh d
ng đ ng đ t ký hi u là E. N ng l

i d ng sóng đàn h i

ng đ ng đ t th

ng đ

c xác đ nh

ng quan gi a E và magnitude nh sau (Gutenberg-Richter, 1956):
logE = 11,8 + 1,5Ms

(1.9a)

logE = 5,8 + 2,4Mb

(1.9b)

c hi u là m t bi n thiên đ n v c a đ l n t

ng ng v i m t t ng

ng b ng 101,5 hay 32-fold. Nh v y th y r ng m t tr n đ ng đ t c p 5 s ch

thoát ra kho ng 0,001 l n n ng l
trình (1.9) cho th y n ng l

ng c a tr n đ ng đ t c p 7. K t h p v i c ph

ng

ng thoát ra trong m t tr n đ ng đ t t l tuy n tính v i

M S ho c M W .
c.

Các đ c tr ng dao đ ng n n

Các đ c tr ng dao đ ng n n c n thi t đ mơ t đ nh l

ng đ ng đ t. Có nhi u thông s

đ c tr ng g m biên đ sóng đ ng đ t, ph t n su t và th i kho ng dao đ ng sóng.
D

i đây ch nêu m t s đ c tr ng:

Thông s biên đ là các bi u đ mô t dao đ ng sóng đ a ch n đ

c ghi b ng máy đo

đ ng đ t theo th i gian, g m gia t c, v n t c và chuy n v .
Gia t c đ nh (l n nh t) ph

ng ngang (PGA- a max ) nh n đ

c tr c ti p t ch n đ

là m t đ c tr ng c b n quy t đ nh m c đ tác đ ng c a đ ng đ t. Nó đ

c dùng đ

đánh giá tác đ ng c a đ ng đ t lên nhà và cơng trình vì nó gây l c qn tính l n
nh t gây h h i cơng trình.

13


Gia t c đ nh th
theo ph

ng đ

c dùng đ tính t i tr ng đ ng đ t đ t lên nhà và cơng trình

ng pháp gi t nh theo bi u th c sau:
S = KC

Q

(1.10)

Trong đó K C - h s đ a ch n Kc =

amax
, a max là gia t c c c đ i c a dao đ ng n n g- gia
g

ng b ng 980 cm/s2;

- h s đ ng, là đ khu ch đ i gia t c b i công

t c tr ng tr

trình tùy thu c chu k dao đ ng riêng c a nó; K c chính là gia t c c c đ i c a cơng
trình tính b ng % g khi n n cơng trình dao đ ng v i gia t c a max .
Trong th c t giá tr trung bình c a gia t c n n c c đ i
đ l n (magnitud) đ ng đ t th
các s li u quan sát đ

cd

ng đ

c l p b ng đ

các kho ng cách ch n tâm và

ng cong th c nghi m theo t t c

i d ng:

=
a max f =
( M , R) Ae BM ( R + R0 )C

Trong đó A, B, C là các h s . Ph

(1.11)

ng trình 2.11 g i là ph

ng trình t t d n gia t c

n n.Cornell (1979) cho bi u th c t t d n gia t c n n nh sau:
a(cm/ s 2 ) = 0.863e0.86M (R (km) + 25)-1,8

T

(1.12)

ng quan gi a gia t c đ nh n n amax và c p đ ng đ t I th hi n trong B ng 1-2.

B ng 1-2: T

ng quan gi a gia t c đ nh n n a max và c p đ ng đ t I trong các thang đo

Thang MSK - 64
C p đ ng
đ tI
IV
V
VI
VII
VIII
IX

a max
m/sec2

30÷60
61÷120
120÷240
241÷480

Thang MM
C p đ ng
đ t
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII

a max
cm/sec2
0.015÷0.02g
0.03÷0.04g
0.06÷0.07g
0.10÷0.15g
0.25÷0.30g
0.50÷0.55g
> 0.6g

14

Thang JMA
C p đ ng đ t
I
I
IV
V
VI
VII

a max
cm/sec2
0.025 ÷0.08 g
0.08÷0.258g
0.258 g
0.80 g


d.

Quan h magnitude - t n su t

T n su t đ ng đ t đ l n M là s l n x y ra đ ng đ t y trong 1 n m

m t vùng lãnh

th , ký hi u là N*(M). T n su t đ ng đ t N*(M) ph thu c vào đ l n c a đ ng đ t..
Quan h đó g i là quan h magnitude - t n su t. Nó bi u di n s phân b t n su t đ ng

đ t theo đ l n. Gutenberg và Richter đã nghiên c u thi t l p t
gi a N*(M) và M và tìm đ

c cơng th c bi u th quan h magnitude - t n su t nh sau

logN*(M) = a - bM
Nó c ng đ

ng quan th c nghi m

(1.13)

c g i là đ th l p l i đ ng đ t, phù h p v i s li u toàn c u c ng nh

cho các khu v c. Ch ng h n đ i v i tồn c u ta có cơng th c:
logN*(M) = 6,7 - 0,9M

(1.14)

T công th c này có th đánh giá: trên tồn hành tinh, hàng n m x y ra kho ng
100.000 tr n đ ng đ t đ m nh đ c m th y, s l

ng đ ng đ t v i magnitud Mb ≥ 4,0

có th t i 20.000 (xem b ng 1-3).
B ng 1-3: S tr n đ ng đ t x y ra theo n m
l n MS

T n su t trung bình

8
7
6
5
4
3

>MS

1
15
100
3
15
> 100.000

Hàng n m tồn b đ ng đ t trên hành tinh gi i phóng ra m t n ng l
ergs, t
N ng l

ng đ

ng kho ng 1025

ng v i công c a các nhà máy đi n cơng su t 10 ÷ 100 tri u kilowatts.

ng đó b ng kho ng 0,001 n ng l

lòng trái đ t. 90% n ng l

ng đ ng đ t đ

ng hàng n m s n sinh và n ch a trong
c gi i phóng t các tr n đ ng đ t 7,0 đ

Richter và m nh h n.
Quan h magnitude - t n su t là m t trong nh ng tham s c b n trong vi c đánh giá
ho t đ ng đ ng đ t và đ nguy hi m đ ng đ t

15

các vùng lãnh th .