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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG 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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội-2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG 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: 62 44 01 11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. NGUYỄN HỒNG PHƢƠNG
2. PGS.TS. ĐỖ ĐỨC THANH

Hà Nội-2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu
trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tác giả luận án

Bùi Thị Nhung


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy hƣớng dẫn: PGS.TS.
Nguyễn Hồng Phƣơng và PGS.TS. Đỗ Đức Thanh, đã tận tình hƣớng dẫn, truyền
đạt kiến thức và kỹ năng chuyên môn, nghề nghiệp trong quá trình học tập và làm
luận án của mình.
Tác giả cũng xin tỏ lịng biết ơn Q Thầy Cơ trong Bộ môn Vật lý Địa cầu
và Khoa Vật lý đã nhiệt tình giảng dạy và động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho tác giả trong toàn bộ khóa học. Tác giả chân thành xin đƣợc gửi đến Quý
Thầy Cô, anh, chị đang công tác tại các Phịng-Ban chức năng khác đã nhiệt tình
giúp đỡ và hỗ trợ tác giả trong một số vấn đề liên quan đến khóa học.
Tác giả cảm ơn Ban lãnh đạo và bạn bè, đồng nghiệp tại Viện Vật lý Địa Cầu
đã luôn bên cạnh cổ vũ, trợ giúp chuyên môn, tạo điều kiện và động viên tác giả
vƣợt qua các khó khăn trong q trình học tập, cơng tác.
Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ chuyên môn và cổ vũ tinh thần của Quý
Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp tại các cơ quan khác qua trao đổi học thuật, số liệu,
tài liệu và các thảo luận hữu ích.
Tác giả cảm ơn sự cung cấp số liệu và hỗ trợ chƣơng trình xử lý miễn phí từ

các tổ chức, website và dự án, chƣơng trình hợp tác và đồng nghiệp cho tồn bộ q
trình nghiên cứu trong luận án.
Tác giả biết ơn gia đình, ngƣời thân và những ngƣời bạn đã luôn tin tƣởng
và cổ vũ cho sự lựa chọn của tác giả trong công việc và cuộc sống.
Hà Nội, tháng

năm 2018

Tác giả luận án

Bùi Thị Nhung


MỤC LỤC

Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁ HỦY NỀN DO
ĐỘNG ĐẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN HÓA LỎNG NỀN....................7
1.1. Tình hình nghiên cứu phá hủy nền do động đất.................................................. 7
1.1.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................ 7

1.1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nƣớc...........................................................11

1.2. Tác động của phá hủy nền................................................................................ 12
1.3. Hóa lỏng nền do động đất................................................................................. 14
1.3.1.

Các khái niệm hóa lỏng nền.................................................................... 14

1.3.2.

Cơ chế hóa lỏng nền............................................................................... 15

1.3.3.

Các điều kiện đối với hóa lỏng nền......................................................... 17

1.3.4.

Các kiểu hóa lỏng nền............................................................................. 22

1.3.5.

Các tiêu chí để xác định và thành lập bản đồ hóa lỏng nền khu vực.......28

Chƣơng 2. PHÂN LOẠI NỀN ĐẤT KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ
NỘI THEO TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ ĐỊA VẬT LÝ....................30
2.1. Tài liệu sử dụng................................................................................................ 30
2.2. Phƣơng pháp áp dụng....................................................................................... 31
2.3. Phân loại nền đất khu vực nội thành thành phố Hà Nội....................................34

2.4. Đánh giá hiệu ứng khuếch đại nền địa phƣơng................................................ 40
2.5. Kết luận chƣơng 2............................................................................................ 42
Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG NHẠY CẢM HÓA LỎNG NỀN DO ĐỘNG
ĐẤT CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI.........................................................43
3.1. Tài liệu sử dụng................................................................................................ 43
3.1.1.

Tài liệu địa chất-địa chất cơng trình........................................................ 43


3.1.2.

Tài liệu địa chất thủy văn........................................................................ 53

3.1.3.

Tài liệu địa mạo...................................................................................... 56

3.2. Các phƣơng pháp sử dụng................................................................................ 59
3.3. Đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền cho khu vực thành phố Hà Nội.....63
3.3.1. Đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền cho khu vực thành phố Hà
Nội theo đặc điểm địa chất................................................................................... 63
3.3.2. Đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền cho khu vực thành phố Hà
Nội theo đặc điểm địa mạo................................................................................... 68
3.3.3. Đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền cho khu vực thành phố Hà
Nội theo đặc điểm địa chất và địa mạo................................................................. 72
3.4. Kết luận chƣơng 3............................................................................................ 74
Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM HÓA LỎNG NỀN DO ĐỘNG ĐẤT
CHO KHU VỰC NỘI THÀNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI........................................... 76
4.1. Phƣơng pháp đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất......................76

4.1.1.

Tính hệ số an tồn kháng hóa lỏng.......................................................... 78

4.1.2.

Tính chỉ số khả năng hóa lỏng................................................................ 84

4.1.3.

Đánh giá xác suất xảy ra hóa lỏng bề mặt............................................... 85

4.2. Các đặc trƣng địa chấn kiến tạo khu vực Hà Nội............................................. 87
4.2.1.

Các đứt gãy hoạt động............................................................................ 87

4.2.2.

Hoạt động địa chấn................................................................................. 89

4.3. Các kịch bản động đất...................................................................................... 90
4.4. Dữ liệu lỗ khoan............................................................................................... 96
4.5. Đánh giá độ nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất cho khu vực nội thành thành
phố Hà Nội.............................................................................................................. 97
4.6. Thảo luận kết quả........................................................................................... 103
4.7. Kết luận chƣơng 4.......................................................................................... 104
KẾT LUẬN.......................................................................................................... 106
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO................................. 107
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN

LUẬN ÁN...................................................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 109
PHỤ LỤC............................................................................................................. 124


Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu,

Từ Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

a

Acceleration

Gia tốc

amax

Maximum horizontal acceleration

Gia tốc ngang cực đại nền tại

at ground surface

bề mặt

CPT

Cone Penetration test

Thí nghiệm xuyên hình nón

CRR

Cyclic resistance ratio

Tỷ số kháng xun tuần hồn

CSR

Cyclic stress ratio

Tỷ số ứng suất tuần hoàn

DMT

Flat delatometer test

Kiểm tra dãn nở bằng phẳng

EIGF

Earthquake-induced Ground

Phá hủy nền do động đất

chữ viết tắt

Failures
Em

Hammer efficiency

Hệ số hiệu quả của búa

FC

Percent finer

Phần trăm hạt mịn

FEM

Finite Element Method

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn

FEMA

Federal Emergency Management

Cục quản lý các tình trạng

Agency

khẩn cấp liên bang Mỹ

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

FS

Factor of safety against

Hệ số an toàn kháng hóa lỏng

liquefaction
GIS

Geographic Information System

Hệ thống thơng tin địa lý


Ký hiệu,

Từ Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

Intensity

Cƣờng độ chấn động trên bề

chữ viết tắt

I

mặt
LL

Liquid limit

Giới hạn lỏng

LPI

Liquefaction Potential Index

Chỉ số khả năng hóa lỏng

LSI

Liquefaction Severity Index

Chỉ số mức độ hóa lỏng

M

Earthquake Magnitude

Độ lớn động đất

NEHRP

National Earthquake Hazards

Chƣơng trình Quốc gia về

Reduction Program

giảm nhẹ thiệt hại động đất
Mỹ

OCR

Overconsolidation ratio

Tỷ số quá chặt

PG

Probability of Ground failures

Xác suất phá hủy nền

PGA

Peak Ground Acceleration

Gia tốc cực đại nền

PLH

Probabilistic liquefaction hazard

Nguy hiểm hóa lỏng nền theo
xác suất

SBPT

Self boring pressure meter

Máy đo áp suất lỗ khoan

SPT

Standard Penetration Test

Thí nghiệm xuyên chuẩn

SWW

Shear wave velocity techniques

Kỹ thuật vận tốc sóng ngang


Danh mục các bảng
Trang
Bảng 2.1. Phân loại nền đất địa phƣơng theo tiêu chuẩn NEHRP 1999 của Mỹ.....33
Bảng 2.2. Hệ số khuếch đại nền.............................................................................. 41
Bảng 3.1. Các phân vị địa tầng tuổi Đệ Tứ.............................................................. 47
Bảng 3.2. Phân chia các thành tạo Đệ Tứ................................................................ 51
Bảng 3.3. Bề dày lớp bùn hệ tầng Hải Hƣng ở một số khu vực..............................51
Bảng 3.4. Các phân vị địa chất thuỷ văn khu vực Hà Nội.......................................54

Bảng 3.5. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền của các lắng đọng trầm tích trong q
trình chấn động địa chấn.......................................................................................... 61
Bảng 3.6. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng của các đơn vị hình thái học.....................63
Bảng 3.7. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng của các đơn vị thạch học trong khu vực. . .64
Bảng 3.8. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng của các đơn vị vi địa mạo.........................69
Bảng 4.1. Các mức rủi ro tƣơng ứng với xác suất có điều kiện của các hiện tƣợng
phá hủy nền do hóa lỏng.......................................................................................... 85
Bảng 4.2. Tham số của các động đất kịch bản......................................................... 92
Bảng 4.3. Các hệ số phổ phản ứng gia tốc của miền Trung và miền Đông nƣớc Mỹ
(nền B)..................................................................................................................... 94
Bảng 1. Kết quả phân loại nền dựa trên giá trị SPT của các lỗ khoan tại khu vực nội
thành thành phố Hà Nội theo tiêu chuẩn NEHRP 99............................................. 126
Bảng 2. Kết quả phân loại nền dựa trên giá trị V S,30 của các lỗ khoan khu vực nội
thành thành phố Hà Nội theo tiêu chuẩn NEHRP 99............................................. 133
Bảng 3. Ví dụ minh họa chỉ tiêu cơ lý của lớp bùn đáy ao hồ (lớp 2) khu vực nội
thành thành phố Hà Nội (hàm lƣợng hạt cát (2-0.05) 42.8%, hạt bụi (0.05-0.005)
29.9%, hạt sét (<0.005) 27.3%) đƣợc sử dụng trong các tính tốn........................140
Bảng 4. Minh họa q trình tính hệ số FS của một cột đất lỗ khoan (TX-22)

141


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Trang
Hình 1.1. Các tác động của phá hủy nền do động đất,............................................ 13
Hình 1.2. Sự thay đổi của cấu trúc hạt trầm tích trong động đất dẫn tới hóa lỏng
nền........................................................................................................................... 16
Hình 1.3. Cơ chế của hóa lỏng nền và các tác động của nó.................................... 17
Hình 1.4. Sơ đồ của một sự mở rộng theo phƣơng ngang cho thấy biến dạng trƣợt
trong một lớp đất hóa lỏng và sự dịch chuyển của trầm tích bề mặt xuống mặt hơi

dốc hay tới một mặt thống..................................................................................... 24
Hình 1.5. Sơ đồ rung động nền cho thấy các khối đất bị tách riêng còn nguyên vẹn
dao động qua lại và bị tách riêng do lực quán tính và sự hóa mềm của đất bị hóa
lỏng.......................................................................................................................... 25
Hình 1.6. Thiệt hại gây bởi phá hủy nền ở quận Marina San Francisco trong động
đất Loma Prieta năm 1989....................................................................................... 26
Hình 1.7. Sơ đồ khu vực phá hủy cho thấy sự đi lên của nƣớc lỗ rỗng tạo điều kiện
hóa lỏng nhanh dƣới cơng trình.............................................................................. 27
Hình 1.8. Các tịa nhà tại Niigata bị phá hủy (nghiêng, đổ) do động đất Nhật Bản
năm 1964................................................................................................................. 27
Hình 1.9. Sự phá hủy ở Brooklands từ động đất Canterbury năm 2010, nơi hóa lỏng
đã làm nổi hệ thống ngầm trong đó có lỗ cống hình A) và cống thốt nƣớc mƣa trên
đƣờng hình B)......................................................................................................... 28
Hình 2.1. Sự phân bố các lỗ khoan trong vùng nghiên cứu..................................... 31
Hình 2.2. Phân loại nền cho tập hợp các lớp đất trong 30m đầu tiên của nền đất ở lỗ
khoan TX-22........................................................................................................... 36
Hình 2.3. Phân loại nền đất của các lỗ khoan.......................................................... 37
Hình 2.4. Bản đồ phân loại nền theo phân khu địa chất cơng trình và số liệu đo địa
vật lý........................................................................................................................ 38


Hình 2.5. Kết quả phân loại nền đất mới theo tài liệu địa chất cơng trình, số liệu các
lỗ khoan và địa vật lý khu vực nội thành Hà Nội..................................................... 39
Hình 3.1. Bản đồ phân bố thạch học khu vực Hà Nội thu nhỏ từ tỷ lệ 1:25 000......46
Hình 3.2. Mặt cắt kiểu1.......................................................................................... 49
Hình 3.3. Mặt cắt kiểu 2........................................................................................49
Hình 3.4. Bản đồ địa mạo thành phố Hà Nội thu nhỏ từ tỷ lệ 1:320 000................57
Hình 3.5. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền theo đặc điểm thạch học khu vực Hà
Nội........................................................................................................................... 67
Hình 3.6. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền theo đặc điểm địa mạo khu vực Hà Nội

...................................................................................................................................71
Hình 3.7. Khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền tại khu vực thành phố Hà Nội theo đặc
điểm địa chất và địa mạo......................................................................................... 72
Hình 4.1. Các điều kiện giả định để khai triển phƣơng trình tính CSR...................79
Hình 4.2. Sơ đồ quy trình phƣơng pháp luận đánh giá xác suất khả năng hóa lỏng
nền theo chỉ số LPI.................................................................................................. 86
Hình 4.3. Bản đồ địa chấn kiến tạo khu vực Hà Nội và lân cận, số liệu động đất
gồm cả số liệu động đất lịch sử và số liệu động đất đo bằng máy đƣợc cập nhật đến
năm 2016................................................................................................................. 90
Hình 4.4. Các đới đứt gãy có khả năng sinh chấn khu vực thành phố Hà Nội và vị
trí các chấn tâm động đất kịch bản.......................................................................... 92
Hình 4.5. Phân bố gia tốc cực đại nền gây ra bởi động đất kịch bản DD_HN_SL6.0
độ lớn M=6.0........................................................................................................... 93
Hình 4.6. Gia tốc cực đại nền tại bề mặt (đã tính đến hiệu ứng nền) gây bởi động
đất kịch bản DD_HN_SL6.0 độ lớn M=6.0............................................................. 95
Hình 4.7. Phân bố các lỗ khoan có giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT trong vùng nghiên
cứu........................................................................................................................... 97
Hình 4.8. Hệ số an tồn kháng hóa lỏng FS theo độ sâu: (a)-tại vị trí quận Đống Đa


(DD-75); (b)- vị trí quận Long Biên (LB-35); c- vị trí quận Từ Liêm (TL-31); d-vị
trí quận Hai Bà Trƣng (HBT-21); e- vị trí quận Thanh Xuân (TX-22); f)- vị trí quận
Hồn Kiếm (HK-53)................................................................................................ 98
Hình 4.9. Xác suất hóa lỏng nền khu vực nội thành thành phố Hà Nội trong trƣờng
hợp một trận động đất có độ lớn M=5.3 và gia tốc cực đại nền tại bề mặt a max tƣơng
ứng kịch bản thứ nhất (DD_HN_SC5.3)............................................................... 100
Hình 4.10. Xác suất hóa lỏng nền khu vực nội thành thành phố Hà Nội trong
trƣờng hợp một trận động đất có độ lớn M=6.5 và gia tốc cực đại nền tại bề mặt amax
tƣơng ứng kịch bản thứ hai (DD_HN_SC6.5)....................................................... 101
Hình 4.11. Xác suất hóa lỏng nền khu vực nội thành thành phố Hà Nội trong

trƣờng hợp một trận động đất có độ lớn M=6.0 và gia tốc cực đại nền tại bề mặt amax
tƣơng ứng kịch bản thứ ba (DD_HN_SL6.0)........................................................ 102
Hình 1. Phân loại nền cho tập hợp các lớp đất trong 30m đầu tiên của nền đất ở lỗ
khoan K12............................................................................................................. 124
Hình 2. Phân loại nền cho tập hợp các lớp đất trong 30m đầu tiên của nền đất ở lỗ
khoan BĐ-Y.......................................................................................................... 125
Hình 3. Phân bố gia tốc cực đại nền gây ra bởi động đất kịch bản DD_HN_SC5.3
độ lớn M=5.3......................................................................................................... 135
Hình 4. Phân bố gia tốc cực đại nền gây ra bởi động đất kịch bản DD_HN_SC6.5
độ lớn M=6.5......................................................................................................... 136
Hình 5. Gia tốc cực đại nền tại bề mặt (đã tính đến hiệu ứng nền) gây bởi động đất
kịch bản DD_HN_SC5.3 độ lớn M=5.3................................................................ 137
Hình 6. Gia tốc cực đại nền tại bề mặt (đã tính đến hiệu ứng nền) gây bởi động đất
kịch bản DD_HN_SC6.5 độ lớn M=6.5................................................................ 138
Hình 7. Giá trị xuyên tiêu chuẩn đo đƣợc (N) 30 dọc theo độ sâu tại các vị trí: (a)quận Đống Đa (DD-75); (b)- quận Long Biên (LB-35); c- quận Từ Liêm (TL-31);
d- quận Hai Bà Trƣng (HBT-21); e- quận Thanh Xuân (TX-22); f)- quận Hoàn Kiếm
(HK-53)................................................................................................................. 139


MỞ ĐẦU
Động đất mạnh không thƣờng xuyên xảy ra nhƣng những tác hại do dạng
thiên tai này gây ra thì vơ cùng lớn. Các tai biến có nguồn gốc từ động đất nói
chung là do q trình kiến tạo bề mặt và các tác động thứ cấp của nó hay còn đƣợc
gọi là sự phá hủy nền. Đứt gãy bề mặt và những vùng lún đƣợc biết đến nhƣ là các
hiện tƣợng liên quan đến quá trình kiến tạo bề mặt. Trong khi đó, sự phá hủy nền
đƣợc coi là hệ quả trực tiếp của động đất mạnh nhƣ trƣợt lở nền và hóa lỏng nền.
Các vùng đơ thị là những vùng rất nhạy cảm với các thảm họa, và thƣờng
mất rất nhiều thời gian để phục hồi sau mỗi thảm họa [113]. Từ năm mƣơi năm qua,
các khu vực đô thị, nhất là ở các nƣớc đang phát triển, đã trải qua sự tăng trƣởng
chƣa từng có, thì những thiệt hại do phá hủy nền và các hiện tƣợng liên quan càng

nặng nề. Trong số các hiện tƣợng phá hủy nền, hóa lỏng là hiện tƣợng thƣờng xuyên
xuất hiện trong các trận động đất ở các khu đô thị [39, 40] và những tác động bởi
các hiện tƣợng phá hủy nền do hóa lỏng là ngun nhân chính gây thiệt hại đến các
cấu trúc của nền đất, các cơ sở vật chất phục vụ cuộc sống và nền móng cơng trình
[111]. Bằng chứng trực tiếp về sự xuất hiện của hóa lỏng là hiện tƣợng cát sủi và
dịch chuyển ngang, bằng chứng gián tiếp có thể thu đƣợc từ các quan sát phản ứng
của các cơng trình xây dựng [80, 120].
Hà Nội là một thành phố có tốc độ phát triển rất nhanh, không ngừng đƣợc
mở rộng về diện tích. Theo Đồ án Quy hoạch chung Thủ đơ Hà Nội đến năm 2030
và tầm nhìn đến năm 2050, Hà Nội s là đô thị hạt nhân, là trung tâm chính trị, văn
hóa, lịch sử, dịch vụ, y tế, đào tạo chất lƣợng cao của cả nƣớc với 5 đô thị vệ tinh là
Hòa Lạc, Sơn Tây, Xuân Mai, Phú Xuyên và Sóc Sơn, với dân số xấp xỉ từ 21 vạn
đến 75 vạn ngƣời mỗi đô thị. Đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng, Hà Nội tập trung
nhiều nhà cao tầng, các đƣờng ống ngầm. Trong khi đó cho đến nay đã có nhiều kết
quả nghiên cứu đánh giá độ lớn động đất cực đại có khả năng tác động tới khu vực
thành phố Hà Nội dựa trên các số liệu động đất ghi nhận đƣợc ở Việt Nam [30] dự
báo động đất cực đại tại Hà Nội có độ lớn từ 6.2 đến 6.5. Thời gian gần đây một số

1


nhà khoa học địa chấn cũng dựa trên số liệu động đất đã đƣợc cập nhật dự báo động
đất cực đại tại khu vực Hà Nội là M=6.8 [20, 86]. Căn cứ vào bản đồ phân vùng
động đất do Viện Vật lý địa cầu thành lập, Hà Nội nằm trong vùng động đất cấp
VII-VIII, tức là có độ nguy hiểm động đất khá cao [20, 28, 32]. Bên cạnh đó, các
chuyên gia địa chất thƣờng đánh giá động đất cực đại cho khu vực thành phố Hà
Nội dựa trên số liệu về các đới đứt gãy hoạt động. Thành phố Hà Nội nằm trên đới
đứt gãy Sông Hồng-Sông Chảy, trong khi động đất cực đại phát sinh trên các đới
đứt gãy này có khả năng đạt tới độ lớn M=7.0 [95, 96]. Hơn nữa nền đất tại khu vực
Hà Nội có cấu trúc địa chất gần bề mặt chủ yếu gồm các trầm tích cát và sét tuổi

Holocen hoặc Pleistocen, tầng nƣớc ngầm (qh) phân bố rộng khắp khu vực với
chiều dày biến đổi từ 0 m (nghĩa là tầng chứa nƣớc bị bào mịn tồn bộ, các tầng
chứa nƣớc qh lộ ra ngay trên bề mặt địa hình) đến 37.5 m [25]. Tại khu vực các
quận nội thành, với mật độ dân số dày đặc và tốc độ xây dựng ồ ạt nhƣ hiện nay, rõ
ràng tồn tại một mối đe dọa đáng kể đến tính tồn vẹn của các cấu trúc và cơ sở vật
chất phục vụ cuộc sống bởi tác động của hiện tƣợng phá hủy nền trong các động đất
tƣơng lai. Nhƣ vậy là vấn đề an toàn của thành phố này là cực kỳ quan trọng đối với
việc bảo vệ cuộc sống và tài sản của con ngƣời. 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 nhƣ
hiện tƣợng phá hủy nền nói riêng cần phải đƣợc quan tâm.
Kết quả của một nghiên cứu phá hủy nền là tập bản đồ hiển thị mức độ nguy
hiểm của hiện tƣợng phá hủy nền tại các khu vực nghiên cứu trong động đất tƣơng
lai. Những bản đồ này rất hữu ích cho việc đánh giá các vùng bị ảnh hƣởng bởi các
mối nguy hiểm và cho việc lập kế hoạch phòng chống thảm họa. Đối với các kỹ sƣ
xây dựng, các nhà khoa học và các nhà hoạch định các bản đồ nguy hiểm phá hủy
nền đƣợc dùng để xác định những khu vực ở đó khả năng và tác động của phá hủy
nền cần đƣợc đánh giá khi thiết kế các cơ sở xây dựng mới và phục hồi cơ sở hiện
có, đánh giá và giảm thiểu các nguy cơ phá hủy nền trƣớc khi phát triển trong tƣơng
lai, đặc biệt là khi khu vực có liên quan là một vùng có vị trí kinh tế xã hội quan
trọng nhƣ Hà Nội.


Phá hủy nền kèm theo động đất mạnh là hiện tƣợng khá phổ biến và đƣợc
nghiên cứu nhiều trên thế giới [62, 68-71, 99, 131]. Tuy nhiên, do hiện tƣợng này
chƣa bao giờ xảy 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 hƣớng
chính là 1) đánh giá khả năng phá hủy nền cho các khu vực đơ thị, trong đó yếu tố
địa chấn đƣợc chú trọng và 2) đánh giá độ an toàn của hệ thống đê điều dƣới tác
động của động đất, ở đây yếu tố địa kỹ thuật đƣợc chú trọng. Hai hƣớng nghiên cứu
này còn chuyên sâu và độc lập với nhau.

Trên cơ sở các phân tích nêu trên và xuất phát từ ý tƣởng về sự kết hợp các
yếu tố địa chấn và địa kỹ thuật trong cùng một phƣơng 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” đƣợc đặt ra, nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu, chuyên môn sâu vào
chủ đề phá hủy nền do động đất bằng việc sử dụng tất cả các nguồn số liệu, tài liệu
hiện có thu thập đƣợc tại khu vực, đặc biệt là số liệu địa chấn mới nhất do việc nâng
cấp mạng lƣới đài trạm quan trắc động đất ở Việt Nam trong thời gian gần đây, kết
hợp công nghệ hiện đại của hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information
System - GIS).
Mục đích của luận án:
- Tìm hiểu, áp dụng một hệ phƣơng 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, góp phần phát triển hƣớng nghiên cứu độc lập về
đánh giá phá 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 thành phố Hà Nội, phục vụ công tác quy
hoạch và quản lý rủi ro đô thị.
Đối tƣợng nghiên cứu của luận án:
Khả năng phá hủy nền do động đất gây ra tại khu vực nội thành thành phố


Hà Nội.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
Đây là công trình nghiên cứu có nội dung tập trung sâu vào đối tƣợng nghiên
cứu chính là khả năng hóa lỏng nền do động đất tại khu vực đô thị. Luận án tìm
hiểu, bổ sung tiến tới hồn thiện một hệ phƣơng 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 đƣợc áp dụng cho khu vực nội thành của thành phố Hà Nội.
Các phƣơng pháp đƣợc tìm hiểu, giới thiệu và sử dụng trong luận án cho

phép chú trọng đến cả hai yếu tố địa chấn và địa kỹ thuật. Luận án nhƣ một cầu nối
liên kết giữa các hƣớng nghiên cứu về phá hủy nền tại Việt Nam từ trƣớc đến nay,
vừa mang tính truyền thống vừa có tính hiện đại, từ đó cung cấp cơ sở phƣơng pháp
luận cho các nghiên cứu đánh giá phá hủy nền các khu vực đô thị của Việt Nam
trong tƣơng lai.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
Tập cơ sở dữ liệu đa dạng, khá đầy đủ (lỗ khoan, địa chất cơng trình, địa chất
thủy văn, địa mạo) đƣợc thu thập từ các công trình có liên quan và số liệu địa chấn
cập nhật nhờ mạng lƣới đài trạm quan trắc đƣợc nâng cấp, tài liệu lỗ khoan bổ sung
từ một số dự án xây dựng nhà cao tầng, cơng trình tiện ích mới đây của thành phố
Hà Nội. Tập dữ liệu này đã đƣợc xử lý chuẩn hóa bằng cơng nghệ hiện đại GIS,
phục vụ trong các tính tốn và phân tích của luận án, s 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.
Kết quả của luận án s 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


Bản đồ phân loại nền đất địa phƣơng khu vực nội thành thành phố Hà Nội
đƣợc thực hiện theo các tài liệu địa chất cơng 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.
Lần đầu tiên một phƣơng pháp mới cho phép áp dụng tổ hợp các đặc điểm
địa chất và địa mạo trong đánh giá khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền khu vực thành
phố Hà Nội. Các bản đồ kết quả chỉ ra các vùng có khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền
khác nhau trong động đất.
Lần đầu tiên một hệ phƣơng 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 đã đƣợc tìm hiểu

và áp dụng cho vùng nội thành thành phố Hà Nội nhƣ một hƣớng 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 lỏng nền dựa vào các giá
trị hệ số an tồn kháng hóa lỏng của mỗi lớp đất riêng biệt và dự báo khả năng xảy
ra phá hủy nền do hóa lỏng bề mặt dựa vào xác suất tính theo chỉ số LPI trong các
kịch bản động đất hiện thực.
Cấu trúc của luận án ngoài phần mở đầu và kết luận gồm 4 chƣơng:
Chương 1 giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu phá hủy nền do động
đất và các vấn đề liên quan đến hóa lỏng nền do động đất trên thế giới và trong
nƣớc, nhằm cung cấp các thông tin tổng quát về đối tƣợng nghiên cứu của luận án,
quy trình chuẩn tiến hành các nhiệm vụ nghiên cứu đánh giá phá hủy nền cho một
khu vực xác định.
Chương 2 tiến hành phân loại nền đất khu vực nội thành thành phố Hà Nội
theo tài liệu địa chất cơng trình và địa vật lý. Kết quả phân loại nền đất khu vực
nghiên cứu s là cơ sở đánh giá hiệu ứng khuếch đại nền, phục vụ trực tiếp cho
đánh giá phá hủy nền tiếp theo.
Chương 3 giới thiệu chi tiết phƣơng pháp và kết quả nghiên cứu đánh giá
định tính khả năng nhạy cảm hóa lỏng nền vùng Hà Nội khi có động đất xảy ra


trong tƣơng lai bao gồm hai phần: phần thứ nhất giới thiệu phƣơng pháp mới cho
phép tổng hợp các đặc điểm địa chất và địa mạo trong đánh giá khả năng nhạy cảm
hóa lỏng nền. Phần thứ hai là ứng dụng phƣơng pháp để đánh giá khả năng nhạy
cảm hóa lỏng nền khu vực thành phố Hà Nội. Xây dựng bản đồ khả năng nhạy cảm
hóa lỏng nền do động đất dựa vào các đặc điểm địa chất và địa mạo từ đó đƣa ra
đánh giá định tính về mức độ nhạy cảm hóa lỏng nền của các vi phân vùng trong
khu vực thành phố Hà Nội.
Chương 4 trình bày chi tiết hệ phƣơng pháp và kết quả nghiên cứu đánh giá
định lƣợng nguy hiểm hóa lỏng nền do động đất cho vùng nội thành thành phố Hà
Nội trong các động đất kịch bản, gồm hai phần: phần thứ nhất trình bày hệ phƣơng

pháp đánh giá định lƣợng nguy hiểm hóa lỏng nền trong động đất đã bổ sung các
phƣơng pháp và kỹ thuật mới nhƣ chỉ số khả năng hóa lỏng nền, xác suất thống kê
kết hợp bảng chỉ tiêu tiêu chuẩn mức độ nguy hiểm hóa lỏng nền. Phần thứ hai là áp
dụng phƣơng pháp đánh giá định lƣợng nguy hiểm hóa lỏng nền vùng nội thành
thành phố Hà Nội trong các động đất kịch bản. Các bản đồ nguy hiểm hóa lỏng nền
vùng nội thành thành phố Hà Nội đƣợc thành lập.
Kết quả của luận án được công bố trong:
1) Hội nghị khoa học quốc tế về Vật lý Địa cầu-Hợp tác và phát triển bền
vững, 14-17/11/2012, Hà Nội.
2) Hội nghị Khoa học Khoa Vật lý 2016, 29/10/2016, Hà Nội.
3) Đăng 03 bài báo trên Tạp chí Các Khoa học về Trái đất đƣợc liệt kê trong
danh mục cơng trình cơng bố của tác giả.


Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁ HỦY NỀN DO
ĐỘNG ĐẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN HĨA LỎNG NỀN
1.1. Tình hình nghiên cứu phá hủy nền do động đất
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Thuật ngữ phá hủy nền đã đƣợc Mogami & Kubo, 1953 lần đầu tiên đƣa ra,
theo đó khả năng phá hủy nền đƣợc biểu hiện qua các dạng tai biến đƣợc coi là hệ
quả trực tiếp của động đất mạnh tại khu vực nghiên cứu nhƣ phá hủy bề mặt, trƣợt
lở nền và hóa lỏng nền [74]. Mặc dù phá hủy nền là một trong những chủ đề thú vị
nhƣng phức tạp và gây nhiều tranh cãi trong giới chuyên gia động đất. Chỉ sau
những ảnh hƣởng tàn phá của nó ở Alaska (Mỹ) và Niigata (Nhật Bản) do động đất
cùng xảy ra năm 1964 với độ lớn lần lƣợt 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. Cả hai trận động đất đều là những
ví dụ điển hình về những thiệt hại do phá hủy nền gây ra, bao gồm sự phá hủy nền
đất, phá hủy cầu và nền móng các tịa nhà và sự trơi nổi các cơng trình bị chơn vùi
[74]. Kể từ đó hàng trăm nhà nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu mối nguy hiểm
này. Trên khắp thế giới đặc biệt là ở khu vực đô thị, việc thiết kế xây dựng các cơng

trình hiện đại có khả năng chống chịu tác động của các hiện tƣợng phá hủy nền bắt
đầu đƣợc quan tâm.
Nhìn chung, có hai hƣớng nghiên cứu phá hủy nền đƣợc thực hiện rộng rãi
từ trƣớc đến nay. Hƣớng nghiên cứu đầu tiên dựa trên bản đồ phá hủy nền lịch sử,
bản đồ này chỉ ra nơi mà phá hủy nền đã xảy ra trong các trận động đất đã qua, chỉ ra
khu vực đƣợc biết là đã xảy ra sự phá hủy nền. Ngoài ra kiểu bản đồ này cịn cung
cấp các bảng thơng tin bao gồm thơng tin về kiểu phá hủy nền, đánh giá chính xác
vị trí và mơ tả các thơng tin từ các báo cáo và các nghiên cứu hiện trƣờng, ngồi ra
nó cịn bao gồm cả các hình ảnh phá hủy nền, và một số các công bố ở đây từ thời
gian bắt đầu xảy ra động đất. Các mục tiêu chính của những nghiên cứu loại này là
để xác định: (a) Bản chất và mức độ của các kiểu phá hủy nền khác nhau (trƣợt lở,


cát sủi, lún và chuyển động ngang gây bởi hóa lỏng) gây ra bởi các trận động đất
lịch sử; (b) Thiết lập các mối quan hệ giữa sự phân bố của các kiểu phá hủy nền với
độ lớn động đất (M), chấn tâm, đứt gãy, địa chất và địa hình; c) Thiết lập các tiêu
chuẩn kháng chấn phù hợp với thực tế và các tiêu chí phân loại nền theo các tham
số rung động nền (cƣờng độ chấn động do động đất gây ra trên bề mặt hay PGA).
Các mối liên hệ phát triển từ các nghiên cứu này chỉ ra độ lớn tối thiểu của trận
động đất gây ra phá hủy nền (Earthquake Induced Ground Failures - EIGF) trong
khu vực [57].
Các ghi chép lịch sử dẫn đến giả thiết là trong những trận động đất lớn trong
tƣơng lai, phá hủy nền s chắc chắn xảy ra ở những nơi có đặc điểm địa chất tƣơng
tự. Nếu những nơi này lại là các thành phố thì mức độ thiệt hại càng tăng cao khi
mà dân số và sự đô thị hóa tăng nhanh. Các thơng tin chi tiết về các phá hủy nền do
động đất gây ra, bao gồm vị trí, địa hình, thủy văn và đặc điểm địa chất còn là các
yếu tố cần thiết để đánh giá phân loại và phạm vi nguy hiểm phá hủy nền cũng nhƣ
xây dựng các kế hoạch ứng phó [34]. Cũng chính từ các nghiên cứu lịch sử này các
nhà khoa học đã rút ra đƣợc một số nhận định nhƣ độ tuổi của các trầm tích là một
yếu tố quan trọng để xem xét khi đánh giá tính nhạy cảm hóa lỏng. Trầm tích trẻ

Holocen và các vùng đất đắp nhân tạo đặc biệt dễ bị tổn thƣơng với hóa lỏng [120,
122], đồng thời ngƣời ta thƣờng sử dụng giả thiết đơn giản hóa là vùng địa chấn địa
phƣơng có ngƣỡng độ lớn động đất lớn hơn 5 hoặc có cƣờng độ chấn động lớn hơn
7 có thể xảy ra hiện tƣợng phá hủy nền [73, 75, 76, 121].
Trong hƣớng nghiên cứu thứ hai, một bản đồ nguy hiểm phá hủy nền phân
chia vùng nghiên cứu thành các khu vực có mức độ nguy hiểm phá hủy nền khác
nhau đƣợc thành lập. Nhiều nhà nghiên cứu đã thực hiện kết hợp cả hai hƣớng
nghiên cứu này. Obermeier (1989) đã thực hiện một nghiên cứu dựa trên những trận
động đất lịch sử đối với các trận động đất New Madrid trong hai năm 1811-1812 ở
các vùng Arkansas, Thổ Nhĩ Kỳ, Missouri & Tennessee. Youd & Hoose (1978),
Youd Wieczorek (1982), và Youd et al., (1985) đã thực hiện các nghiên cứu kiểu
tƣơng tự cho động đất San Francisco 1906; trận động đất ở Imperial Valley,


California năm 1979; động đất Borah Peak, Idaho năm 1983.
Nhiều nhà nghiên cứu đã áp dụng thành công khái niệm bản đồ nguy hiểm
phá hủy nền với các hiện tƣợng trƣợt lở và hóa lỏng nền. Điều này đã đƣợc thực
hiện bằng các phƣơng pháp khác nhau đó là: 1) Phƣơng pháp Hazus đƣợc phát triển
bởi Cục quản lý các tình trạng khẩn cấp liên bang Mỹ (Federal Emergency
Management Agency - FEMA), nghiên cứu phá hủy nền đƣợc thực hiện dựa trên
việc đánh giá mức tối đa các khu vực nhạy cảm với hóa lỏng, trƣợt lở nền theo dữ
liệu hiện có về tiêu chuẩn địa chất và tiêu chí địa mạo, cấp độ phân vùng phá hủy
nền loại này đƣợc gọi là phân vùng cấp I, trên cơ sở đó đánh giá xác suất hóa lỏng
nền. Thực tế là phƣơng pháp này đƣợc sử dụng rất rộng rãi vì nó đáp ứng cả hai tiêu
chí chuẩn hóa và đơn giản. Phƣơng pháp này khơng địi hỏi khối lƣợng q lớn về
dữ liệu và phân tích, cũng khơng địi hỏi bất kỳ tài liệu lỗ khoan nào, đây vừa là ƣu
điểm cũng là nhƣợc điểm của phƣơng pháp [39]. Ngày nay phƣơng pháp này vẫn là
chủ đề nghiên cứu và tiếp tục tìm hiểu trong các nghiên cứu đánh giá hóa lỏng nền
đặc biệt với những khu vực đơ thị [54]. 2) Phƣơng pháp phân tích sử dụng số liệu
địa kỹ thuật tại chỗ [99] cho kết quả là hệ số an tồn kháng hóa lỏng của các lớp đất

nền (FS), các chỉ số khả năng hóa lỏng (Liquefaction Potential Index - LPI) và nguy
hiểm hóa lỏng nền theo xác suất (Probabilistic Liquefaction Hazard - PLH) dựa trên
phép đo SPT, CPT hoặc Vs tại một vị trí cụ thể. Phép đo thí nghiệm xuyên tiêu
chuẩn (Standard Penetration Test - SPT) là một thí nghiệm xuyên động học thực
nghiệm đƣợc phát triển ở Mỹ trong những năm 1920 và thƣờng đƣợc thực hiện
trong các đƣờng ống có đƣờng kính từ 50 đến 100 mm. Thí nghiệm này thƣờng
đƣợc sử dụng nhiều nhất trong khảo nghiệm tại chỗ đặc biệt đối với các loại đất cố
kết kém, không thể lấy mẫu một cách dễ dàng. Thí nghiệm này thƣờng hay đƣợc sử
dụng để xác định mật độ tƣơng đối, khả năng chịu tải và góc kháng trƣợt của đất cố
kết kém. Thí nghiệm đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng một ống mẫu trịn rỗng có
đƣờng kính ngồi 50 mm, đƣờng kính bên trong 35 mm và chiều dài khoảng 65 mm
[49].
Có nhiều cách khác nhau để thả búa ở các quốc gia khác nhau. Tuy nhiên, lỗ


khoan phải đƣợc làm sạch đến độ sâu yêu cầu trƣớc khi việc đóng búa đƣợc thực
hiện và phải đƣợc chú ý để đảm bảo rằng các vật liệu đƣợc kiểm tra khơng bị xáo
trộn. Trong q trình này, một chiếc búa có trọng lƣợng 65 kg với chiều cao rơi tự
do 760 mm đƣợc sử dụng để đóng mẫu. Ban đầu mẫu đƣợc đóng 150 mm vào cát để
lấy mẫu và bỏ qua bất kỳ cát xốp nào ở đáy lỗ khoan. Số lần đập búa cần thiết để
đóng xuyên mẫu 300 mm sau đó đƣợc ghi lại. Số này đƣợc gọi là giá trị xuyên tiêu
chuẩn SPT (Nspt). Nếu đạt đƣợc 50 lần đập búa trƣớc khi xuyên qua 30 cm thì khơng
nên đập búa thêm. Nếu việc kiểm tra đƣợc thực hiện trong đất chứa sỏi, phƣơng
pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn đƣợc thay thế bằng thí nghiệm xun hình nón
600 (CPT).
Thí nghiệm SPT là cơng cụ rất hữu ích cho phân tích nguy hiểm hóa lỏng.
Nó cũng có tính năng độc đáo của việc cung cấp mẫu cho mục đích phân loại đất.
Thơng thƣờng SPT đƣợc tiến hành ở độ sâu 2m hoặc tại vị trí thay đổi địa tầng.
Các giá trị Nspt đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc xác định khả năng chịu tải
và dự đoán sự lún của nền cố kết kém và đƣợc mơ tả bởi nhiều tác giả [78, 114]. Nó

có ứng dụng rộng rãi trong việc xác định khả năng nhạy cảm với hóa lỏng và trƣợt
lở nền của một khu vực.
Phƣơng pháp phân tích sử dụng số liệu địa kỹ thuật tại chỗ nhằm giảm sự bất
ổn, chủ yếu để nghiên cứu ở một vùng cụ thể; cấp độ nghiên cứu phân vùng loại này
đƣợc gọi là phân vùng cấp II. Nó cung cấp phƣơng pháp luận tồn diện, cụ thể, và
cũng đƣợc áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên phƣơng pháp này địi hỏi nhiều thời gian và
chi phí. Mặc dù các chi phí này là hữu ích nhƣng chỉ đƣợc áp dụng cho các phân
tích chi tiết ở các vùng có độ nhạy cảm cao và rất cao [90].
Sự phát triển nhanh của máy tính điện tử đã làm nên cuộc cách mạng về
nghiên cứu cũng nhƣ phát triển kỹ thuật động đất kể từ năm 1960. Vào năm 1967
có khoảng 25 đến 50 chƣơng trình máy tính đƣợc sử dụng tại Mỹ để phân tích trƣợt
lở nền và hóa lỏng nền theo cân bằng giới hạn [117]. Các cơng cụ phân tích mới, ví
dụ, phƣơng pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) [134] và biến
đổi


Fourier nhanh (Fast Fourier Transform - FFT) đƣợc tích hợp vào các chƣơng trình
máy tính để phân tích động. Các phân tích động hiện nay sử dụng các số liệu về lịch
sử thời gian đƣợc ghi lại nhƣ số liệu đầu vào. Trong nhiều năm, nhiều phƣơng pháp
phân tích động khác của các hệ thống đất đƣợc đƣa ra. Tuy nhiên các phƣơng pháp
này mất rất nhiều thời gian, chi phí, địi hỏi lƣợng dữ liệu đầu vào rất lớn, nó chỉ
thực sự có ý nghĩa trong các nghiên cứu đánh giá trƣợt lở hay hóa lỏng nền tại một
cơng trình trọng điểm cụ thể trên khu vực hẹp đã đƣợc đánh giá là có khả năng phá
hủy nền cao và rất cao. Mức phân tích phân vùng trƣợt lở, hóa lỏng nền nhƣ vậy
đƣợc gọi là mức phân vùng cấp III.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam các nghiên cứu về hiện tƣợng phá hủy nền đƣợc thực hiện chủ
yếu theo hai hƣớng chính là: 1) đánh giá khả năng phá hủy nền cho các khu vực đơ
thị và 2) đánh giá độ an tồn của hệ thống đê điều dƣới tác động của động đất.
Hƣớng nghiên cứu hóa lỏng nền trong đánh giá rủi ro động đất đô thị đã

đƣợc các chuyên gia địa chấn bắt đầu thực hiện ở Việt Nam từ những năm đầu của
thế kỷ 21. Trên cơ sở phƣơng pháp luận của FEMA, phƣơng pháp luận đánh giá độ
rủi ro động đất đô thị cho Việt Nam đƣợc xây dựng với những cải tiến cho phù hợp
với các điều kiện của Việt Nam và đƣợc áp dụng cho các khu vực nội thành của một
số thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Nha Trang và Đà Nẵng [16,
17, 19]. Việc đánh giá khả năng hóa lỏng nền thƣờng đƣợc thực hiện nhƣ một cơng
đoạn của tồn bộ quy trình đánh giá rủi ro động đất đơ thị. Các kết quả đánh giá khả
năng hóa lỏng nền đƣợc thể hiện dƣới dạng các bản đồ phân bố các vùng có khả
năng nhạy cảm hóa lỏng nền và xác suất hóa lỏng nền dự báo khác nhau do ảnh
hƣởng của các động đất kịch bản tới toàn bộ khu vực nghiên cứu. Các kết quả này
đƣợc sử dụng nhƣ những dữ liệu đầu vào để tính tốn độ rủi ro địa chấn và ƣớc
lƣợng thiệt hại do động đất gây ra đối với cộng đồng đô thị tại khu vực nghiên cứu.
Phƣơng pháp luận đánh giá độ rủi ro động đất đô thị đặc biệt chú trọng nghiên cứu
các đặc trƣng địa chấn của khu vực nghiên cứu nhƣ hoạt động động đất, các mơ
hình nguồn phát sinh động đất và mơ hình tắt dần chấn động. Ngồi ra, phạm vi


nghiên cứu trên diện rộng với khả năng tích hợp cơ sở dữ liệu và các kết quả nghiên
cứu trong môi trƣờng GIS cũng là những ƣu điểm vƣợt trội khiến cho phƣơng pháp
luận đƣợc áp dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Độc lập với hƣớng nghiên cứu trên, hƣớng nghiên cứu hóa lỏng nền phục vụ
đánh giá an tồn cho hệ thống đê điều và các cơng trình thủy lợi cũng đƣợc nhóm
các chuyên gia thủy lợi thực hiện ở Việt Nam trong những năm gần đây [6, 12, 13].
Phƣơng pháp luận áp dụng trong các nghiên cứu theo hƣớng này mới chỉ dừng lại
ở việc tính khả năng hóa lỏng của mỗi lớp đất riêng biệt dựa vào hệ số kháng hóa
lỏng của nó, mà chƣa xem xét đến hiệu ứng của toàn bộ cột đất lên bề mặt cũng
nhƣ mức độ phá hủy do hóa lỏng nền trên bề mặt. Ƣu điểm của phƣơng pháp là chú
trọng đến yếu tố địa kỹ thuật trong các dữ liệu đầu vào của bài tốn đánh giá khả
năng hóa lỏng nền. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp luận này là chƣa xem
xét một cách thỏa đáng vai trò của động đất, một yếu tố quan trọng gây ra sự hóa

lỏng nền. Ngoài ra, phƣơng pháp này thƣờng chỉ đƣợc áp dụng cho những phạm vi
nghiên cứu nhỏ hẹp và những cơng trình thủy lợi đơn lẻ.
1.2. Tác động của phá hủy nền
Phá hủy nền do động đất đã gây ra những thiệt hại về cấu trúc và làm tổn thất
về ngƣời đặc biệt là trong các vùng đô thị ở nhiều nơi trên thế giới. Thiệt hại do phá
hủy nền để lại các tác động rất lớn cho con ngƣời. Nhiều tài sản và tính mạng đã bị
mất do các tác động của các hiện tƣợng phá hủy nền gây ra [40]. Khi nền đất bị phá
hủy trong một trận động đất, có thể gây hỏa hoạn, hay ngập lụt do rị rỉ các đƣờng
ống, phá hủy bờ kè sơng, đập, làm gián đoạn các cơ sở vật chất phục vụ cuộc sống
(nhƣ đƣờng ống dẫn: gas, điện, nƣớc), đƣờng giao thơng. Phá hủy nền có thể dẫn
đến hiện tƣợng lún nền hoặc thậm chí làm mất khả năng chịu tải của nền móng cơng
trình. Phá hủy nền cũng có thể gây ra hoặc góp phần vào sự dịch chuyển ngang của
các sƣờn nghiêng. Các cơng trình nằm trên trầm tích cát mềm đã bị phá hủy trong
khi xảy ra động đất s bị lún xuống hoặc bị sụp đổ, có thể gây ra thiệt hại cho cộng
đồng. Các bể (chất lỏng) bị chôn vùi s nổi lên bề mặt khi cát xốp hóa lỏng [98].
Các phễu cát thƣờng xuất hiện khi hóa lỏng xảy ra tại một vị trí (hình 1.1).


Hình 1.1. Các tác động của phá hủy nền do động đất [135].
13