Trượt đất là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm trượt đất

Trượt đất là một hiện tượng địa chất xảy ra khi khối vật chất trên sườn dốc – bao gồm đất, đá, trầm tích hoặc hỗn hợp của chúng – bị mất ổn định và di chuyển xuống dưới dưới tác động của trọng lực. Đây là một trong những hình thức phổ biến nhất của tai biến sườn dốc (slope failure) và có thể xảy ra với nhiều quy mô, từ các đợt trượt nhỏ ảnh hưởng cục bộ đến các vụ trượt lớn phá hủy cả khu dân cư hoặc tuyến đường giao thông.

Khác với hiện tượng xói mòn hay rửa trôi, trượt đất là một quá trình dịch chuyển hàng loạt, thường xảy ra đột ngột và không có dấu hiệu cảnh báo rõ ràng nếu không được giám sát bằng các thiết bị chuyên dụng. Trong hệ phân loại tai biến địa chất, trượt đất thuộc nhóm chuyển động khối (mass movement), và đôi khi được gọi là lở đất nếu xảy ra với vật liệu rời hoặc hỗn hợp đất bão hòa nước.

Theo định nghĩa của USGS, trượt đất là “sự di chuyển của khối vật liệu đất đá xuống sườn dốc do lực hấp dẫn vượt qua sức kháng của vật liệu nền”. Cường độ và tốc độ trượt đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ dốc, độ bão hòa nước, đặc tính cơ lý của vật liệu, tải trọng phía trên và tác động từ bên ngoài như động đất hoặc rung chấn.

Phân loại trượt đất

Trượt đất có thể được phân loại theo hình thức chuyển động và vật liệu tham gia. Một hệ thống phân loại tiêu chuẩn được đề xuất bởi Varnes (1978) và được cập nhật bởi Hungr et al. (2014) gồm các loại chính như sau:

• Trượt trượt (Slump): chuyển động quay của khối đất theo hình dạng lồi cầu.
• Trượt phẳng (Translational slide): chuyển động dọc theo mặt trượt gần như phẳng.
• Trôi đất (Earthflow): đất bão hòa nước chảy như chất dẻo với tốc độ vừa phải.
• Lở bùn (Mudflow): hỗn hợp đất, bùn và nước chảy nhanh với độ nhớt thấp.
• Đổ khối (Topple): các khối đá lật ngược quanh trục quay do trọng lực.
• Rơi đá (Rockfall): khối đá rơi tự do từ sườn dốc hoặc vách đứng.

Phân loại này giúp hiểu rõ đặc tính động học và cơ học của mỗi loại trượt, từ đó lựa chọn phương pháp phòng chống và giám sát phù hợp. Một số hiện tượng trượt đất có thể là sự kết hợp của nhiều loại hình trên, gọi là trượt đất phức hợp (complex landslide).

Bảng dưới đây so sánh đặc điểm một số loại trượt đất tiêu biểu:

Loại trượt	Hình thức chuyển động	Tốc độ	Vật liệu
Trượt trượt	Chuyển động quay	Chậm đến trung bình	Đất kết dính
Trượt phẳng	Chuyển động tuyến tính	Nhanh	Đất, đá tầng mỏng
Lở bùn	Dòng chảy nhớt	Rất nhanh	Bùn sét, nước
Rơi đá	Rơi tự do	Tức thời	Khối đá lớn

Các yếu tố gây trượt đất

Nguyên nhân gây trượt đất được chia thành các yếu tố nội sinh và ngoại sinh. Yếu tố nội sinh là những đặc điểm sẵn có trong môi trường địa chất, chẳng hạn như:

• Địa hình dốc lớn, đá phong hóa yếu
• Lớp phủ đất dày và có cấu trúc rời
• Tồn tại các mặt trượt tiền sử hoặc đứt gãy địa chất

Trong khi đó, các yếu tố ngoại sinh bao gồm:

• Lượng mưa lớn kéo dài hoặc mưa cực đoan trong thời gian ngắn
• Động đất hoặc rung chấn do nổ mìn
• Thay đổi mực nước ngầm, bão hòa nước đột ngột
• Hoạt động con người như phá rừng, khai thác mỏ, đào đường không kiểm soát

Trong nhiều trường hợp, trượt đất là kết quả của sự tích tụ nguy cơ lâu dài nhưng chỉ được kích hoạt bởi một yếu tố tác động cuối cùng như mưa lớn hoặc rung động. Điều này khiến việc dự đoán trở nên khó khăn nếu không có hệ thống giám sát thời gian thực.

Cơ chế vật lý của trượt đất

Về mặt cơ học, trượt đất xảy ra khi lực trượt $F_t$ vượt qua lực kháng $F_r$. Lực trượt chính là thành phần trọng lực song song với mặt dốc:

$F_t = W \sin(\theta)$

Trong khi đó, lực cản được xác định theo phương trình Mohr-Coulomb: $F_r = cA + (W \cos(\theta) - u) \tan(\phi)$

Trong đó:

• $c$: lực dính kết của đất
• $A$: diện tích mặt trượt
• $u$: áp lực nước lỗ rỗng
• $\phi$: góc ma sát trong

Chỉ số ổn định dốc, hay hệ số an toàn (Factor of Safety - FS), được dùng để định lượng mức độ ổn định của mái dốc:

$FS = \frac{F_r}{F_t}$

Nếu $FS < 1$, mái dốc được xem là không ổn định và có nguy cơ trượt cao. Các phần mềm phân tích ổn định dốc như GeoStudio, Slide2 hay PLAXIS thường sử dụng chỉ số FS này để đánh giá nguy cơ trượt đất tại các dự án xây dựng hoặc khai thác mỏ.

Ảnh hưởng của trượt đất

Trượt đất là một trong những hình thức tai biến thiên nhiên gây thiệt hại nặng nề về người, tài sản và môi trường. Hậu quả thường trực là phá hủy cơ sở hạ tầng như đường giao thông, cầu cống, hệ thống thoát nước, nhà cửa và công trình công nghiệp. Trong trường hợp nghiêm trọng, trượt đất còn gây tử vong hàng loạt, đặc biệt tại các khu vực dân cư ven sườn đồi hoặc các tuyến đường đèo núi.

Ngoài thiệt hại vật chất, trượt đất còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái địa phương: làm xáo trộn cấu trúc đất, phá hủy thảm thực vật, gây sa bồi sông suối, làm thay đổi dòng chảy hoặc gây lũ quét thứ cấp. Các khu vực từng xảy ra trượt đất lớn thường trở thành vùng nguy cơ cao lâu dài nếu không được xử lý bằng các biện pháp kỹ thuật.

Thống kê toàn cầu của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP) cho thấy mỗi năm có khoảng 4.800 vụ trượt đất nghiêm trọng được ghi nhận, gây tử vong cho hơn 10.000 người, chủ yếu ở các nước đang phát triển, nơi thiếu hệ thống cảnh báo và quy hoạch sử dụng đất hợp lý.

Phương pháp phát hiện và giám sát trượt đất

Việc giám sát và cảnh báo trượt đất hiện nay được thực hiện qua sự kết hợp giữa công nghệ viễn thám, cảm biến tại chỗ và mô hình số. Trong đó, các kỹ thuật nổi bật gồm:

• InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar): sử dụng sóng radar để phát hiện chuyển vị trên bề mặt đất với độ chính xác đến milimét.
• GNSS và đo nghiêng: hệ thống cảm biến đo độ dịch chuyển của mái dốc theo thời gian thực.
• Ảnh vệ tinh đa thời gian: phân tích biến động địa hình qua dữ liệu từ Sentinel, Landsat hoặc PlanetScope.
• Camera và UAV: giám sát trực quan và phát hiện vết nứt ban đầu.

Hệ thống cảnh báo sớm thường tích hợp các dữ liệu này trong một nền tảng phân tích nguy cơ, điển hình như hệ thống NASA Landslide Hazard Assessment – cung cấp bản đồ nguy cơ trượt đất theo thời gian thực dựa trên mô hình khí hậu và lượng mưa.

Ngoài ra, nhiều quốc gia đã xây dựng các mạng lưới quan trắc trượt đất riêng, như Nhật Bản, Thụy Sĩ, Đức và Trung Quốc – kết nối dữ liệu cảm biến địa kỹ thuật với trung tâm điều hành khẩn cấp.

Dự báo nguy cơ và mô hình hóa trượt đất

Dự báo trượt đất đòi hỏi kết hợp dữ liệu địa hình, địa chất, khí hậu và mô hình cơ học. Một trong những chỉ số cơ bản để đánh giá nguy cơ là hệ số an toàn dốc:

$FS = \frac{lực\ kháng}{lực\ trượt}$

Khi $FS < 1$, mái dốc được coi là không ổn định. Tùy vào dạng địa hình và loại vật liệu, các mô hình dự báo có thể được phân loại thành:

• Mô hình theo chỉ số (heuristic): sử dụng GIS để phân vùng nguy cơ từ dữ liệu địa lý và mưa.
• Mô hình bán vật lý (semi-empirical): ví dụ như SHALSTAB, SINMAP – mô phỏng dòng chảy và độ bão hòa đất.
• Mô hình vật lý hoàn chỉnh: dùng phần mềm như GeoStudio, Plaxis để mô phỏng ứng xử cơ học của khối đất.

Một số mô hình hiện đại tích hợp học máy để phân tích hàng nghìn biến địa lý cùng lúc. Ví dụ, mô hình CNN được huấn luyện trên dữ liệu ảnh vệ tinh và dữ liệu mưa theo thời gian thực để đưa ra cảnh báo sớm tại các khu vực nguy cơ cao.

Dưới đây là bảng so sánh các mô hình dự báo:

Tên mô hình	Loại	Ưu điểm	Hạn chế
SHALSTAB	Bán vật lý	Phù hợp cho rừng dốc, dữ liệu thấp	Giả định đơn giản về dòng chảy
SINMAP	Bán vật lý	Tích hợp GIS, dễ triển khai	Không phù hợp đất không bão hòa
PLAXIS	Vật lý đầy đủ	Chính xác cao, mô phỏng 3D	Yêu cầu dữ liệu địa chất chi tiết

Biện pháp phòng chống trượt đất

Phòng chống trượt đất hiệu quả cần dựa vào phân tích nguy cơ cụ thể tại từng khu vực, kết hợp kỹ thuật xây dựng và quản lý đất đai. Các biện pháp chính gồm:

• Kiểm soát nước mặt và nước ngầm: làm rãnh thoát nước, giếng giảm áp, lát bê tông mái dốc.
• Gia cố mái dốc: sử dụng cọc neo, lưới thép, bê tông phun, tường chắn đất.
• Ổn định sinh học: trồng cỏ, cây bụi rễ chùm để gia tăng ma sát và giảm xói mòn.
• Quản lý sử dụng đất: hạn chế xây dựng trên dốc, thiết kế nền móng phù hợp địa chất.

Các hướng dẫn kỹ thuật từ GeotechTools – FHWA cung cấp nhiều giải pháp kết cấu cụ thể cho từng điều kiện trượt, từ địa chất yếu đến mái dốc đá.

Tác động của biến đổi khí hậu đến trượt đất

Biến đổi khí hậu đang làm gia tăng đáng kể nguy cơ trượt đất do sự xuất hiện ngày càng dày đặc của các hiện tượng mưa cực đoan, băng tan nhanh và thay đổi phân bố mùa mưa. Mô hình dự báo của Copernicus chỉ ra rằng các vùng núi như Himalaya, Andes và vùng nhiệt đới châu Á sẽ đối mặt với nguy cơ trượt đất tăng mạnh trong các thập kỷ tới.

Tại Việt Nam, các đợt mưa lớn sau bão gây hàng loạt vụ sạt lở nghiêm trọng ở khu vực miền núi phía Bắc và Tây Nguyên. Mối quan hệ giữa ENSO và mưa kéo dài khiến công tác cảnh báo cần tích hợp yếu tố khí hậu trong phân tích nguy cơ.

Giải pháp tích hợp mô hình khí hậu, dữ liệu mưa dự báo và dữ liệu vệ tinh trong hệ thống cảnh báo là xu hướng quan trọng trong quản lý rủi ro trượt đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Tài liệu tham khảo

1. Highland, L. M., & Bobrowsky, P. (2008). The Landslide Handbook. U.S. Geological Survey Circular 1325. https://pubs.usgs.gov/circ/1325/
2. Hungr, O., Leroueil, S., & Picarelli, L. (2014). The Varnes classification of landslide types. Landslides, 11(2), 167–194. https://doi.org/10.1007/s10346-013-0436-y
3. NASA Landslide Team. (2023). Global Landslide Catalog. https://landslides.nasa.gov/
4. Fell, R., et al. (2008). Guidelines for landslide susceptibility, hazard and risk zoning. Engineering Geology, 102(3–4), 85–98. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2008.03.015
5. GeotechTools. Federal Highway Administration. https://www.geotechtools.org/
6. Copernicus Climate Change Service. https://climate.copernicus.eu/
7. UNEP Global Landslide Risk Report. https://www.unep.org/resources/report/global-landslide-risk-analysis