Sức mạnh khủng khiếp cũng như thiệt hại do các trận động đất gây ra là điều không cần phải bàn cãi. Khi nhắc đến thảm họa thứ cấp của động đất, chúng ta thường nghĩ đến các trận sóng thần đi kèm theo động đất. Tuy nhiên, ngoài sóng thần, động đất còn gây ra nhiều thảm họa thứ cấp khác, và một trong số đó là hiện tượng đất hóa lỏng. Trong chuyên đề này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về hiện tượng đất hóa lỏng, những thiệt hại do hiện tượng đất hóa lỏng gây nên, cũng như biện pháp nhằm giảm thiểu các thiệt hại đó.
Trước hết, phần 1 của chuyên đề sẽ giới thiệu về hiện tượng đất hóa lỏng và nguyên nhân cũng như cơ chế gây nên hiện tượng đất hóa lỏng.
I. Hiện tượng đất hóa lỏng là gì?
Trước khi giải thích hiện tượng đất hóa lỏng là gì, mời các bạn xem qua 2 clip dưới đây.
[youtube link=”http://www.youtube.com/watch?v=616N0t6288Y” width=”590″ height=”315″]
Clip1: Hiện tượng đất hóa lỏng đang xảy ra kèm theo các rung lắc do cơn động đất gây nên (Địa điểm: Thành phố Urayasu, tỉnh Chiba, trong trận động đất Tohoku tháng 3/2011)
[youtube link=”http://www.youtube.com/watch?v=Rd6W2aP2dkA” width=”590″ height=”315″]
Clip2: Trạng thái của mặt đất sau khi xảy ra hiện tượng đất hóa lỏng (Địa điểm: Windham, New Hampshire, USA)
Sau khi xem qua 2 clip trên, chắc các bạn đã phần nào hình dung được thế nào là hiện tượng đất hóa lỏng. Như chính tên gọi của nó, đất hóa lỏng là hiện tượng mặt đất tưởng chừng như rất cứng nhưng dưới tác dụng rung lắc của trận động đất, chúng chuyển sang trạng thái sóng sánh giống như chất lỏng.
Đất hóa lỏng thực chất không phải hiện tượng quá xa lạ đối với chúng ta. Nếu bạn từng chơi đùa trên bãi biển, chắc hẳn bạn đã từng chứng kiến đất hóa lỏng. Đó là khi chúng ta dùng chân dẫm nhẹ vài lần lên trên một vùng cát gần mép nước, nền cát phẳng dưới chân khi đó sẽ hóa thành một vũng nước nhỏ. Bạn có thể xem qua clip về quá trình này tại đây .
Khi đất hóa lỏng xảy ra, mặt đất không còn khả năng chịu tải, các công trình xây dựng phía trên nó sẽ bị nghiêng ngả sụt lún, đồng thời các công trình ngầm như đường ống nước, cống thoát nước… sẽ bị đẩy trồi lên mặt đất do tác dụng của lực đẩy Archimedes. Ngoài ra, nước trong lòng đất kèm theo bùn đất sẽ phun trào lên phía trên mặt đất thông qua các khe nứt giống như trong clip 1.
II. Nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng đất hóa lỏng
Trước khi nói về nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng này, chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về cấu tạo và tính chất của nền đất.
Nền đất được cấu tạo từ nhiều hạt đất riêng rẽ tiếp xúc với nhau. Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt ở trên sẽ đè lên các hạt ở dưới, tạo nên lực liên kết giữa chúng, nhờ đó nền đất có được kết cấu vững chắc. Tuy nhiên, các hạt đất không xếp khít kín với nhau mà giữa chúng có các khe hở. Khi toàn bộ các khe hở này chứa không khí, ta gọi đó là đất khô hoàn toàn, ngược lại nếu toàn bộ các khe hở được lấp đầy nước, ta gọi đó là đất bão hòa. Phần lớn đất tồn tại ở trạng thái các khe hở vừa có không khí và nước. Nói một cách khác, về cơ bản đất là hỗn hợp của các hạt đất, nước và không khí.
Cơ chế của hiện tượng đất hóa lỏng:
(1) Ở trạng thái bình thường, các hạt đất tiếp xúc ổn định với nhau và áp lực nước cũng không lớn lắm, đất giữ được sức chịu tải bình thường của nó.
(2) Tuy nhiên, khi xảy ra động đất lớn, dưới tác dụng của rung lắc do động đất, các hạt đất bắt đầu chuyển động hỗn độn, khe hỡ giữa các hạt đất bị thu hẹp lại. Nếu nước vẫn có thể thoát ra khỏi các khe hở này thì không có vấn đề gì, tuy nhiên nếu nước không thể thoát ra được, áp lực nước trong đó sẽ tăng vọt. Khi áp lực nước vượt quá lực nén tiếp xúc giữa các hạt đất, nước sẽ đẩy các hạt đất tách rời nhau, làm giảm ma sát tiếp xúc giữa chúng. Lúc này nền đất sẽ mất đi sự liên kết và hoạt động giống như một chất lỏng nhớt (giống bùn). Trong quá trình xảy ra hiện tượng đất hóa lỏng, do áp lực nước trong lòng đất rất lớn, nên nếu trên mặt đất xuất hiện khe nứt, sẽ kéo theo hiện tượng nước (kèm theo bùn đất) trong lòng đất phun trào lên phía trên.
(3) Sau khi động đất kết thúc, các hạt đất trong hỗn hợp bùn đất sẽ lắng đọng, khe hỡ giữa các hạt đất thu hẹp lại so với trước kia, kéo theo sự sụt lún của nền đất.
Tóm lại, nguyên nhân chính (điều kiện) gây ra hiện tượng đất hóa lỏng đó là:
(1) Nền đất lỏng lẻo: các nền đất như vậy tập trung chủ yếu ở cửa sông, vùng ven biển, các bãi bồi ven sông, hoặc vùng đất mới san lấp. Đặc điểm của nền đất này là cấu tạo phần lớn từ cát – các hạt đất có đường kính lớn (0.03mm ~ 0.5mm), khi đó khe hở giữa các hạt đất lớn, các hạt đất liên kết với nhau tương đối yếu.
(2) Vị trí mực nước ngầm trong đất cao: khi mực nước ngầm trong đất cao (cách mặt đất khoảng 10m trở xuống), khe hở giữa các hạt đất sẽ bị nước chiếm gần hết, làm áp lực nước dễ tăng cao khi có rung lắc xảy ra.
(3) Rung lắc mạnh trong nền đất: đây là điều kiện cần thiết để xảy ra hiện tượng đất hóa lỏng. Theo thống kê, hiện tượng đất hóa lỏng thường đi kèm với các trận động đất có cường độ từ 5 độ Richter trở lên. Tuy nhiên, ngoài động đất, các hiện tượng khác như nổ mìn phá núi, đào hầm trong lòng đất, tích nước trong hồ thủy điện… cũng tạo ra các rung lắc có thể dẫn đến hiện tượng đất hóa lỏng. Ngoài ra thời gian rung lắc càng kéo dài, đất càng dễ hóa lỏng.
(Hết phần 1)
NVB
Tài liệu tham khảo:
- http://www.obayashi.co.jp/service_and_technology/pickup009
- http://www.nikken-kiso.co.jp/material_06.html
- http://www.cesti.gov.vn/su-i-ngu-n-tri-th-c/t-hoa-l-ng.html
[…] phần trước, chúng ta đã cùng tìm hiểu nào là hiện tượng đất hóa lỏng cũng như cơ chế […]