Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

ỨNG DỤNG SCOOPS3D KẾT HỢP VỚI GIS PHÂN TÍCH
ỔN ĐỊNH MÁI DỐC THEO KHÔNG GIAN BA CHIỀU
Trần Thế Việt1, Hồng Việt Hùng1
Bộ mơn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Đại học Thủy lợi, email:

1

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Đánh giá ổn định mái dốc là một nhánh
quan trọng trong ngành Địa Kỹ Thuật. Tuy
nhiên, hiện tại phần lớn các phân tích đều
dựa trên các mơ hình hai chiều (2D) với
nhiều giả thiết nhằm làm đơn giản bài toán.
Do các bài tốn phẳng khơng phản ánh chính
xác điều kiện làm việc thực tế của các mái
dốc trong tự nhiên. Do đó, việc tính tốn theo
bài tốn hai chiều có thể ảnh hưởng đến độ
tin cậy và chính xác của kết quả tính.
Ngày nay, rất nhiều các phương pháp phân
tích ổn định mái dốc được phát triển theo
hoặc tích hợp với hệ thống thông tin địa lý
GIS. GIS là một công cụ mạnh trong xử lý
dữ liệu biến đổi theo không gian, công cụ
này gần đây đã cho thấy nhiều cải tiến và
được sử dụng rộng rãi trong dự đoán sạt lở
đất. Tuy vậy, việc áp dụng GIS để phân tích
ổn định mái dốc theo khơng gian ba chiều
hiện nay vẫn cịn hạn chế.

Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả dùng
phần mềm Scoosp3D với mơ hình cân bằng
giới hạn mở rộng cho không gian ba chiều kết
hợp với công nghệ GIS để phân tích mặt phá
hoại dạng trụ trịn áp dụng phương pháp
Bishop đơn giản. Sản phẩm đầu ra quan trọng
nhất của Scoops3D là một bản đồ thể hiện giá
trị hệ số an tồn ổn định trượt (Fs) cho mọi ơ
(cell) trên tồn vùng nghiên cứu được đặc
trưng bởi mơ hình số độ cao (DEM). Để đánh
giá hiệu quả của Scoops3D trong phán đoán
sạt lở, điểm trượt xảy ra tại Sapa - Lào Cai
ngày mùng 5 tháng 8 năm 2019 được dùng để
kiểm chứng. Bản đồ FS xuất từ Scoops3D sẽ

được so sánh với bản đồ thể hiện vết trượt thực
tế. Sự trùng khớp của hai bản đồ này được
đánh giá thông qua hệ số MSR do Huang and
Kao (2006) giới thiệu [1].
2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Vào khoảng 09:00 sáng ngày mùng 5 tháng
8 năm 2019, trên tỉnh lộ 152, tại Km9+100 xảy
ra một vụ sạt lở đất nghiêm trọng làm 300 m3
đất từ taluy dương sạt lở xuống đường làm một
người chết và gây tắc nghẽn giao thông trong
nhiều giờ. Vụ sạt xảy ra là kết quả của đợt mưa
lớn kéo dài trong nhiều ngày. Hình 1 thể hiện vị
trí và hình dạng khối trượt. Hình 2 thể hiện hình
ảnh khối trượt thực tế ngoài hiện trường và cận

cảnh điều kiện trên mặt trượt.
Đánh giá điều kiện hiện trường cho thấy
khu vực nghiên cứu có điều kiện địa chất rất
phức tạp gồm các trầm tích tích tụ là sản phẩm
của đá granite. Tầng phủ bị phong hóa mạnh
và phần lớn các mái dốc có nguy cơ trượt cao.

138

Hình 1. Vị trí và quy mô khối trượt xảy ra
vào ngày 05 tháng 08 năm 2019 tại Sapa Lào Cai. Đường chấm thể hiện vết trượt


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

bề mặt địa hình, 2) bản đồ thể hiện phân bố
chiều dày các lớp đất, 3) điều kiện áp lực nước
lỗ rỗng tại thời điểm tính tốn, 4) Phân bố
không gian của một số đặc trưng cơ học của
đất gồm sức kháng cắt và trọng lượng riêng.

Hình 2. a) Ảnh khối trượt thực tế ngoài hiện
trường, b) cận cảnh điều kiện trên mặt trượt
3. ỨNG DỤNG SCOOPS3D TRONG DỰ
ĐOÁN SẠT LỞ ĐẤT

Scoops3D được phát triển bởi Cục Khảo
sát Địa chất Hoa Kỳ dùng phương pháp cân
bằng giới hạn và ‘phương pháp chia cột’ để
xác định các mặt trượt tiềm năng được giả

thiết là giao giữa các mặt trụ tròn với các cột
đất được định nghĩa theo độ phân giải của
bản đồ mơ hình số độ cao. Nói chung, tất cả
các phương pháp cân bằng giới hạn định
nghĩa hệ số an toàn Fs là tỷ số giữa sức kháng
cắt trung bình s và lực cắt  cần để duy trì
trạng thái cân bằng giới hạn dọc dọc theo
một mặt trượt định trước:
s
Fs 



Sức kháng cắt của đất được xác định theo
tiêu chuẩn phá hoại Morh-Coulomb :
s  c   n  tan
Trong đó: c - lực dính của đất;  - góc ma
sát trong; n - ứng suất pháp.
Trong tính ổn định mái dốc theo mơ hình
3D, khả năng tìm nhiều cung trượt một lúc là
cần thiết do sự biến đổi của địa hình nghiên
cứu, đặc tính của vật liệu, và giá trị áp lực
nước lỗ rỗng. Trong Scoops3D, hệ thống lưới
gồm các điểm đại diện cho các tâm cung trượt
được người tính định nghĩa phía trên DEM
hình 3. Scoops3D sẽ kiểm tra tất cả các cung
trượt tiềm năng theo các điều kiện khống chế
quy mô khối trượt do người tính định trước.
Như phần lớn các mơ hình vật lý khác, việc
cung cấp đủ và đảm bảo độ tin cậy thơng số

đầu vào chính là rào cản lớn nhất để có kết quả
chính xác. Các thơng số đầu vào của
Scoops3D gồm: 1) mơ hình số độ cao thể hiện

Hình 3. Nguyên lý xác định mặt trượt
tiềm năng dùng Scoops3D. Trên hình là 1 lớp
lưới tâm và một mặt trượt tiềm năng
Hình 4 thể hiện bản đồ số bề mặt địa hình
của khu vực nghiên cứu. Căn cứ vào tài liệu
khảo sát thực tế hình 2, có thể lấy gần đúng
địa tầng khu vực nghiên cứu gồm 2 lớp với
bề mặt là lớp sườn tích với chiều dày 4,0 m,
bên dưới là lớp đá không thấm. Các chỉ tiêu
cơ lý của đất được xác định thơng qua thí
nghiệm, kết quả thể hiện trong bảng 1.

Hình 4. Mơ hình số độ cao điểm nghiên cứu
Về điều kiện nước ngầm tại thời điểm trượt,
do nguyên nhân trượt được xác định là mưa
lớn lịch sử (chu kỳ 20 năm). Do đó có thể giả
thiết tại thời điểm trượt, mực nước trong mái
dốc trùng với cao trình mặt đất hình 4.

139


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

(overprediction), ngược lại khi MSR > 0.9,
kết quả dự đốn là thiếu (underprediction).

Bảng 2 thể hiện kết quả tính chỉ số MSR.

Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý dùng cho tính tốn
Thơng số

Đơn vị Giá trị trung bình

Trọng lượng riêng 

kN/m3

19,0

Góc ma sát trong 

o

()

15,0

Lực dính c

kN/m2

11,1

Bảng 2. Tính tốn chỉ số MSR
Parameters
TAU

TAS
AUU
ASS
MSR

4. KẾT QUẢ, HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ

Kết quả quan trọng nhất của Scoops3D là
bản đồ thể hiện hệ số an tồn ổn định trượt
Fs. Hình 5 thể hiện kết quả tính này.

Value
649
6461
308
6337
0.73

Từ kết quả trên bảng 3 có thể thấy
Scoops3D dự đốn tương đối chính xác vị trí
khối trượt khi khoảng 50% (AUU/TAU) số ô
trong khối trượt được dự đốn chính xác. Tuy
nhiên, có thể do các giả thiết về số liệu đầu vào
như phân bố chiều dày tầng phủ, mực nước
ngầm tại thời điểm trượt theo không gian và
bản chất vật lý của quá trình trượt chưa hợp lý
nên kết quả dự đoán bị quá (MSR = 0.73 < 0.8).
5. KẾT LUẬN

Hình 5. Hệ số an tồn Fs tính theo Bishop

Trên (hình 5), vùng có Fs < 1 được dự đốn
là vùng bị trượt, vùng có 1 ≤ Fs < 1.25 là vùng
có nguy cơ cao bị trượt, vùng 1.25 ≤ Fs < 1.5 là
vùng tương đối an tồn, và vùng có Fs ≥ 1.5 là
vùng an toàn. Để đánh giá chất lượng của bản
đồ vừa dự tốn, kết quả tính sẽ được so sánh
với vết trượt thực tế thông qua chỉ số MSR
(Modified Success Rate) được phát triển bởi
Huang and Kao (2006) [1]. Theo đó, kết quả
trên hình 5 là bản đồ dạng raster có thể được
phân ra làm 4 vùng : 1) ô bị trượt thực tế được
dự đốn là trượt (AUU), 2) ơ trượt thực tế bị
dự đốn là an tồn (AUS), 3) ơ thực tế an toàn
bị dự báo là trượt, và 4) ô thực tế an toàn được
dự báo là an toàn (ASS). Theo đó, chỉ số MSR
được xác định như sau:
AUU
ASS
 0.5
MSR  0.5
TAU
TAS
Trong cơng thức trên, có thể thấy giá trị
MSR thay đổi từ 0.0 đến 1.0. Theo Huang
and Kao (2006) [1], bản đồ dự đốn Fs sẽ có
độ chính xác cao nhất khi 0.8  MSR  0.9.
Khi MSR < 0.8, kết quả dự đoán bị quá

Bài báo dùng Scoops3D để phân tích ổn
định mái dốc cho một khu vực theo không

gian ba chiều. Để kiểm chứng chất lượng của
mơ hình tính, bản đồ Fs dự đốn theo
Scoops3D được so sánh với vết trượt thực tế.
Kết quả cho thấy, nếu đảm bảo được chất
lượng dữ liệu đầu vào Scoops3D là một cơng
cụ mạnh trong việc dự đốn các vị trí sạt lở
tiềm năng. Để cải thiện kết quả tính, nhóm
tác giả kiến nghị việc tiếp tục tận dụng bề
mặt địa hình mới sau khi đã bỏ đi phần bị
trượt kết hợp với các điều kiện thủy văn và
địa chất để đánh giá sự ổn định của các vùng
đất lân cận khối trượt vừa được đự đoán.
6. LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu được tài trợ bởi Bộ Khoa học
Công nghệ qua đề tài mã số NĐT67/e-Asia19.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Huang J.C, & Kao S.J (2006). Optimal
estimator for assessing landslide model
performance. Hydrol. Earth Syst. Sci.,
10(6), 957-965.

140