ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TỐNG ANH ĐỨC MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG TRƢỢT ĐẤT GÂY RA DO MƢA LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TỐNG ANH ĐỨC MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG TRƢỢT ĐẤT GÂY RA DO MƢA Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN ĐỨC TÂN Hà Nội – 2015 LỜI CAM ĐOAN Trong trình làm luận văn thạc sỹ, đọc tham khảo nhiều loại tài liệu khác từ sách giáo trình, sách chuyên khảo báo đƣợc đăng tải nƣớc Tôi xin cam đoan viết dƣới hoàn toàn thống, chân thực, kết nghiên cứu đạt đƣợc luận văn không chép từ tài liệu dƣới hình thức Những kết nghiên cứu, tích lũy suốt thời gian làm luận văn Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm có dấu hiệu chép kết từ tài liệu khác Hà Nội, ngày tháng năm 2015 HỌC VIÊN TỐNG ANH ĐỨC TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn em nhận đƣợc giúp đỡ tận tình chu đáo Thầy, Cô giáo Khoa Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Trƣờng Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Đề tài nghiên cứu với tiêu đề: “Mô mô hình hóa trƣợt đất gây mƣa” đƣợc triển khai thực hoàn thành với số kết thu đƣợc có khả ứng dụng thời gian tới điều kiện thực tiễn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Trần Đức Tân, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn với tất lòng nhiệt tình, chu đáo, ân cần với thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc thẳng thắn nhà khoa học uy tín, mẫu mực Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy môn Vi điện tử Vi hệ thống, Khoa Điện tửviễn thông, Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội giúp đỡ đóng góp ý kiến cho em Em xin cảm ơn hỗ trợ đề tài “Giám sát cảnh báo sớm trƣợt lở đất Việt Nam” quỹ ISIF ASIA tài trợ giúp đỡ để em đạt đƣợc kết luận văn ngày hôm Mặc dù em có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình nỗ lực mình, nhiên tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy cô bạn HỌC VIÊN TỐNG ANH ĐỨC TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng THỰC TRẠNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM9 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khái niệm, nguyên nhân số yếu tố ảnh hƣởng tới trƣợt đất Error! Bookmark not defined 1.2.1.Khái niệm số dạng trƣợt lở đất chủ yếu .Error! Bookmark not defined 1.2.2 Nguyên nhân số yếu tố ảnh hƣởng đến trƣợt đất Error! Bookmark not defined Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG TÍNH TOÁN Error! Bookmark not defined 2.1.Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp tính ổn định mái dốc chƣơng trình phần mềm SLOPE/W Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mái dốc ổn định mái dốc Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phƣơng trình cân khối đất trƣợt Error! Bookmark not defined 2.1.2.1 Các giả thiết tính toán Error! Bookmark not defined 2.1.2.2 Hệ số an toàn cân momen Error! Bookmark not defined 2.1.2.3 Hệ số an toàn cân lực Error! Bookmark not defined 2.1.3 Các phƣơng pháp tính ổn định mái dốc Error! Bookmark not defined 2.1.3.1 Phương pháp cân giới hạn tổng quát Error! Bookmark not defined 2.1.3.2 Phương pháp K Terxagi Error! Bookmark not defined 2.1.3.3 Phương pháp A.V Bishop Error! Bookmark not defined TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang 2.1.3.4 Phương pháp Nichiprovich Error! Bookmark not defined 2.1.3.5 Phương pháp G.B Janpu Error! Bookmark not defined 2.1.3.6 Phương pháp dựa lý thuyết độ ẩm Error! Bookmark not defined 2.2 Phƣơng pháp phân tích thấm chƣơng trình phần mềm SEEP/W Error! Bookmark not defined 2.2.1 Định luật thấm phƣơng trình Error! Bookmark not defined 2.2.2 Cơ sở lý thuyết SEEP/W Error! Bookmark not defined 2.2.2.1 Dòng thấm đất bão hòa/không bão hòa tuân theo định luật Darcy Error! Bookmark not defined 2.2.2.2 Phương trình thấm Error! Bookmark not defined 2.2.3 Giải toán thấm phƣơng pháp phần tử hữu hạn Error! Bookmark not defined Chƣơng THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG TRƢỢT ĐẤT GÂY RA DO MƢA DÙNG PHẦN MỀM GEO-SLOPE Error! Bookmark not defined 3.1 Mô hình Error! Bookmark not defined 3.1.1 Mô hình Error! Bookmark not defined 3.1.2 Các thông số kỹ thuật Error! Bookmark not defined 3.1.3 Trình tự thực mô Error! Bookmark not defined 3.1.3.1.Thực mô SEEP/W Error! Bookmark not defined 3.1.3.2 Thực mô SLOPE/W Error! Bookmark not defined 3.2 Kết mô Error! Bookmark not defined 3.2.1 Kết chạy mô qua phần mềm SEEP/W với q = 1.5x10-6 m/s Error! Bookmark not defined 3.2.1.1 Véc tơ tốc độ đường thấm Error! Bookmark not defined 3.2.1.2 Đồ thị áp lực lực nước lỗ rỗng Error! Bookmark not defined 3.2.1.3 Các đường đẳng trị áp lực nước lỗ rỗng Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết chạy mô qua phần mềm SEEP/W với q = 3.5x10-6 m/s Error! Bookmark not defined 3.2.2.1 Véc tơ tốc độ đường thấm Error! Bookmark not defined 3.2.2.2 Đồ thị áp lực lực nước lỗ rỗng Error! Bookmark not defined TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang 3.2.2.3 Các đường đẳng trị áp lực nước lỗ rỗng Error! Bookmark not defined 3.2.3 Kết chạy mô qua phần mềm SLOPE/W Error! Bookmark not defined 3.2.3.1 Các kết chạy phần mềm mô SLOPE/W thay đổi lưu lượng mưa q Error! Bookmark not defined 3.2.2.2 Bảng tổng hợp kết thay đổi lưu lượng mưa q Error! Bookmark not defined 3.3 Tích hợp mô hình mô với WS3000 Error! Bookmark not defined 3.3.1 Sơ đồ tích hợp mô hình mô với thiết bị WS-3000 Error! Bookmark not defined 3.3.2 Thiết bị đo WS-3000 Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Mặt cắt ngang mái dốc Error! Bookmark not defined Hình 2.2 : Lực tác động mặt trƣợt thông qua khối trƣợt với mặt trƣợt tròn Error! Bookmark not defined Hình 2.3:Lực tác động mặt trƣợt thông qua khối trƣợt với mặt trƣợt tổ hợp Error! Bookmark not defined Hình 2.4:Lực tác động mặt trƣợt thông qua khối trƣợt với mặt trƣợt đặc biệt Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Sơ đồ tính toán ổn định công trình theo phƣơng pháp K Terxaghi Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Sơ đồ tính toán ổn định công trình theo phƣơng pháp Bishop Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Dòng thấm hƣớng đất Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Đƣờng cong đặc trƣng đất – nƣớc Error! Bookmark not defined TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang Hình 2.9 Tọa độ phần tử phƣơng pháp phần tử hữu hạn Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Mặt cắt tính toán Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Thiết lập phạm vi làm việc Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Thiết lập tỷ lệ Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Lập khoảng ô lƣới Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Phác thảo toán Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Hàm thấm cát pha sét Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Hàm thấm đất sét Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Tính chất vật liệu lớp đất Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Thông số phần tử hữu hạn Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Mô hình sau tạo phần tử hữu hạn Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Xác định thông số biên mô hình Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Mô hình chạy mô Error! Bookmark not defined Hình 3.13: Thông số phân tích SLOPE/W Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Tính chất lớp đất Error! Bookmark not defined Hình 3.15: Bán kính mặt trƣợt, lƣới tâm trƣợt Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Véc tơ tốc độ đƣờng thấm Error! Bookmark not defined Hình 3.17 Đồ thị áp lực nƣớc lỗ rỗng Error! Bookmark not defined Hình 3.18 Đƣờng đẳng trị áp lực nƣớc lỗ rỗng Error! Bookmark not defined Hình 3.19 Véc tơ tốc độ đƣờng thấm Error! Bookmark not defined Hình 3.20 Đồ thị áp lực nƣớc lỗ rỗng Error! Bookmark not defined Hình 3.21 Đƣờng đẳng trị áp lực nƣớc lỗ rỗng Error! Bookmark not defined Hinh 3.22 Hệ số an toàn nhỏ với q=10-6 m/s Error! Bookmark not defined Hình 3.23 Hệ số an toàn nhỏ với q =1.5x10-6 m/s Error! Bookmark not defined TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang Hình 3.24 Hệ số an toàn nhỏ với q =2x10-6 m/s Error! Bookmark not defined Hình 3.25 Hệ số an toàn nhỏ với q =2.5x10-6 m/s Error! Bookmark not defined Hình 3.26 Hệ số an toàn nhỏ với q =3x10-6 m/s Error! Bookmark not defined Hình 3.27 Hệ số an toàn nhỏ với q =3.5x10-6 m/s Error! Bookmark not defined Hình 3.28 Hệ số an toàn thay đổi lƣu lƣợng mƣa Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại trƣợt lở (theo Varnes D.J.) Error! Bookmark not defined Bảng 3.1: Thông số lớp đất Error! Bookmark not defined TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang Bảng 3.2: Một số kết thay đổi lƣu lƣợng mƣa Error! Bookmark not defined TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, nhiều nƣớc giới nhƣ Việt nam với xuất thƣờng xuyên thảm họa trƣợt lở đất gây thiệt hại nghiêm trọng cho sống tài sản ngƣời dân Việc cảnh báo trƣợt lở kịp thời có ý nghĩa lớn việc giảm thiểu thiệt hại Ở Việt Nam, vụ trƣợt lở đất gần số tỉnh nhƣ Hòa Bình, Yên Bái, Lào Cai, Hà Giang,…đã gây thiệt hại nghiêm trọng ngƣời tài sản Chính nƣớc giới, có Việt nam tiến hành dự án, đề tài cảnh báo trƣợt lở đất Để xác định tình trạng đƣa cảnh báo trƣợt lở đất xác, cần phải mô đƣợc tƣợng trƣợt đất gây yếu tố tác động, có trƣợt đất gây mƣa Trên sở đó, nội dung nghiên cứu thực luận văn trình bày mô mô hình hóa tƣợng trƣợt đất gây mƣa phục vụ hệ thống cảnh báo trƣợt lở đất Tuy nhiên thời gian có hạn nên luận văn chƣa thể đề cập đƣợc đầy đủ vấn đề liên quan, chắn tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp để em có thêm kiến thức quý báu cho công việc tƣơng lai Em xin chân thành cảm ơn! TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang Chƣơng THỰC TRẠNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Đặt vấn đề Trƣợt lở đất loại hình thiên tai phổ biến giới Việt Nam Ba phần tƣ lãnh thổ Việt Nam thuộc khu vực miền núi, có địa hình sƣờn dốc cao, hoạt động phát triển kinh tế - xã hội chƣa đƣợc qui hoạch hợp lý, nên tƣợng trƣợt lở đất, lũ bùn đá lũ quét thƣờng xảy Những năm gần đây, loại hình thiên tai xảy với tần suất cƣờng độ ngày tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng ngƣời tải sản Theo thống kê, thời gian từ năm 2000 đến có hàng trăm vụ trƣợt lở đất lớn nhỏ xảy nhiều quốc gia giới gây thiệt hại nghiêm trọng Điển hình nhƣ vụ trƣợt lở đất vào ngày tháng 11 năm 2001 đồi Amboori, bang Kerala nằm miền Nam Ấn độ gây hậu 40 ngƣời bị chết Hay vụ lở đất bất thƣờng có quy mô lớn với khối lƣợng đất đá khoảng 200 triệu m3, chiều rộng khoảng 1.600m, chiều cao khoảng 750 m xảy vào ngày 26 tháng năm 2004, vào lúc 13:45 địa phƣơng, tƣờng dốc miệng núi lửa sƣờn phía tây bắc núi Bawakaraeng (có độ cao 2830m) đầu nguồn sông Jeneberang, phía Nam Sulawesi, Indonesia Các mảnh vỡ lở kéo dài khoảng km từ đầu nguồn chôn vùi thung lũng, sông ngòi nhà cửa, hậu 32 ngƣời bị chết Vào ngày 10 tháng năm 2005, vụ lở đất xảy La Conchita, bang California, Mỹ phá hủy hoàn toàn 36 nhà giết chết 10 ngƣời Ngày 17 tháng năm 2006, vụ trƣợt lở nghiêm trọng khác xảy đảo Leyte, Philippin, vụ trƣợt lở bắt nguồn từ dốc đứng cao 450m, khối rừng lớn trƣợt lở quét xuống phía dƣới khu thung lũng sông Himbungao, nơi tập trung dân cƣ đông đúc Vụ trƣợt lở gây thảm họa vô nghiêm trọng, chôn vùi toàn làng Guinsaugon, hậu 1100 ngƣời bị chết Tháng năm 2007, thành phố Chittagong, Bangladesh, vụ sạt lở đất đá tƣơng tự xảy ra, nguyên nhân việc cắt xén bừa bãi đồi làm gia tăng nguy trƣợt lở, dẫn đến biến hàng trăm đồi, gây ô nhiễm môi trƣờng giết chết 120 ngƣời dân sống khu vực lân cận Năm 2010, số nƣớc nhƣ Pakistan, Bồ Đào Nha, Uganda, TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang10 Trung Quốc Canada xảy vụ trƣợt lở đất gây thiệt hại ngƣời tài sản Chỉ tính riêng năm 2014, giới có vụ trƣợt lở đất nghiêm trọng, vụ trƣợt lở đất ngày 22 tháng xảy Oso, Washington, nƣớc Mỹ gây chết cho 43 ngƣời dân thƣờng Ngày tháng 5, vụ trƣợt lở đất khác xảy Badakhshan, tỉnh miền Đông Bắc Afghanistan, hậu chôn vùi toàn làng, khoảng 500 ngƣời thiệt mạng 4000 ngƣời phải di chuyển nơi khác sinh sống Sau đó, vào ngày 30 tháng 7, vụ trƣợt lở đất đá khác xảy quận Pune, bang Maharashtra, Ấn độ gây hậu trôi 50 nhà, 136 ngƣời thiệt mạng 100 ngƣời bị tích Ngày tháng 8, vụ trƣợt lở đất tồi tệ Nepal gây hậu làm chết 156 ngƣời Ngày 20 tháng 8, tỉnh Hiroshima, Nhật Bản, vụ trƣợt lở đất công khu dân cƣ, làm cho nhà bị chôn vùi dƣới lớp bùn đất đá Ít có 32 ngƣời bị thiệt mạng nhiều ngƣời khác bị tích Trƣợt lở đất nguy liên tục vùng miền núi, phía đông Nhật Bản, nơi có nhiều nhà đƣợc xây dựng gần sƣờn dốc, có lƣợng mƣa lớn hàng năm Gần vụ trƣợt lở đất ngày 27 tháng làng Yingping tỉnh Quý Châu, Trung Quốc Hậu 77 nhà sập bị chôn vùi hoàn toàn, có ngƣời thiệt mạng 20 ngƣời tích [1] Theo số liệu thống kê, từ năm 2000 đến 2014 xảy 250 đợt lũ quét, sạt lở ảnh hƣởng tới vùng dân cƣ, làm chết tích 646 ngƣời, bị thƣơng gần 351 ngƣời; 9.700 nhà bị đổ trôi; 100.000 nhà bị ngập, hƣ hại nặng; 75.000 lúa hoa màu bị ngập; hàng trăm đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công trình giao thông, thuỷ lợi, dân sinh kinh tế bị hƣ hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ƣớc tính 3.300 tỷ đồng Các tỉnh thƣờng xuyên xảy lũ quét, sạt lở đất gồm: Lào Cai, Hà Giang, Lai Châu, Sơn La, Cao Bằng, Bắc Cạn, Yên Bái, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Nam, Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Bình Thuận [2] Một số trận sạt lở đất điển hình năm qua nhƣ sau: - Sạt lở đất núi tỉnh Lào Cai năm 2004 làm 22 ngƣời chết tích 16 ngƣời bị thƣơng, có hộ gia đình thiệt mạng - Lũ, lũ quét, sạt lở đất sau bão số số 6, Lào Cai, Yên Bái năm 2008 làm 120 ngƣời chết tích TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Phạm Anh Tuấn, Nghiên cứu thiết kế mạng cảm biến không dây phục vụ cảnh báo trƣợt lở đất Luận văn thạc sĩ Đại học Công nghệ, 2014 Ban đạo phòng chống lụt bão TW, Tổng quan tình hình thiệt hại lũ, lũ quét, sạt lở đất công tác đạo phòng tránh năm vừa qua Tài liệu phục vụ Hội nghị trực tuyến, 2014 Nghiêm Hữu Hạnh Nghiên cứu bƣớc đầu trƣợt lở đất vùng núi số tỉnh duyên hải miền Trung Viện Địa kỹ thuật, 2010 Nguyễn Sỹ Ngọc Các yếu tố ảnh hƣởng tới ổn định bờ dốc Việt Nam Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ Hội học đá Việt Nam, 2006 Doãn Minh Tâm Nghiên cứu nguyên nhân biện pháp phòng ngừa trƣợt đất điểm dân cƣ vùng núi Việt Nam Tuyển tập công trình Hội nghi khoa học toàn quốc lần thứ Hội Cơ học đá Việt Nam Hà Nội 2006 Nghiêm Hữu Hạnh Một số giải pháp quản lý, phòng chống tai biến trƣợt lở vùng núi Việt Nam Hội nghị khoa học toàn quốc, Hà Nội, 2008 Nghiêm Hữu Hạnh Biến đổi khí hậu, nguy tai biến trƣợt lở vùng núi Việt Nam số giải pháp quản lý, phòng chống Tạp chí Địa kỹ thuật, số năm 2009 Vũ Cao Minh Báo cáo tóm tắt: Nghiên cứu thiên tai trƣợt lở Việt Nam, 2000 Nguyễn Văn Thìn Ảnh hƣởng mƣa đến ổn định mái dốc Trƣờng Đại học Thuỷ lợi 10 Trƣờng trung cấp cầu đƣờng, Bộ Quốc phòng Giáo trình học đất 11 Trƣờng đại học bách khoa Giáo trình môn đƣờng ô tô đƣờng thành phố TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang12 12 Trần Hữu Tuyên, Đỗ Quang Thiên Đánh giá mức độ ổn định bờ sông Hƣơng theo lý thuyết ổn định mái dốc Trƣờng đại học Khoa học, Đại học Huế 13 Đỗ Văn Đệ Phần mềm SLOPE/W ứng dụng vào tính toán ổn định trƣợt sâu công trình Nhà xuất Xây Dựng, 2006 14 Đỗ Văn Đệ Phần mềm SEEP/W ứng dụng vào tính toán thấm cho công trình thủy ngầm Nhà xuất Xây Dựng, 2006 15 Lomtade V.D., Địa chất động lực công trình NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1982 16 “Trƣợt đất” Bách khoa toàn thƣ Việt Nam Tài liệu Tiếng Anh 17 Varnes D.J., Slope movement types and processes Chater 2: Landslides-analysis and control National academy of sciences Washington, D.C 1978 18 Dinh-Chinh Nguyen, Duc-Nghia Tran, Tran Duc-Tan, Application of Compressed Sensing in Effective Power Consumption of WSN for Landslide Scenario, Asia Pacific Conference on Multimedia and Broadcasting, pp 111115, April 2015 19 Nguyen Dinh Chinh, Tran Duc Nghia, Le Ngoc Hoan, Ta Duc Tuyen, Pham Anh Tuan,Tran Duc Tan, Multi-sensors integration for landslide monitoring application, VNU Journal of Science – Natural Science and Technology, Vol 30, No 6S-B, 2014, pp 202-210 20 Nguyen Dinh Chinh, Tran Duc-Tan, Energy Efficiency Scheme for Wireless Sensor Network based Landslide Monitoring System, International Conference on Green and Human Information Technology (ICGHIT), Feb ~ Feb 6, 2015, Vietnam TỐNG ANH ĐỨC – K19 ĐTVT Trang13