A Hybrid Geophysical–Geotechnical Approach for Landslide Stability Assessment

في مرتفعات إثيوبيا، حيث ترتفع الأرض بشكل حاد وتشق الطرق مساراتها عبر الجبال، لا تكون الأرض دائمًا صلبة كما تبدو. بالنسبة للمهندسين والجيولوجيين، فإن استقرار المنحدر هو توازن دقيق بين قوتين متضادتين: وزن التربة والصخور الذي يسحب للأسفل، والقوة الداخلية لتلك المادة نفسها التي تمسك بها. هذه القوة ليست رقمًا ثابتًا؛ فهي تتغير بتغير الطقس. فعندما تغمر الأمطار الغزيرة الأرض، يملأ الماء الفراغات الصغيرة بين جزيئات التربة، مما يؤدي إلى تباعدها وجعل الأرض أثقل وأضعف. هذا هو التحدي الجوهري في علم الانهيارات الأرضية: فهم كيفية تفاعل الماء، ونوع التربة، وشكل المنحدر لكي تتماسك الأرض أو تنهار. وعندما يُبنى طريق في تلة، فإنه غالبًا ما يزيل الدعم الطبيعي عند أسفل المنحدر، وإذا كانت التربة ضعيفة بالفعل أو كان مستوى المياه مرتفعًا، يمكن للمنحدر بأكمله أن ينزلق، مما يعيق حركة المرور ويهدد الأرواح.

لقد شرع فريق من الباحثين في حل مشكلة مستمرة في جزء من طريق في بلدة بونجا، في جنوب غرب إثيوبيا. هذا الجزء من الطريق السريع، الذي يربط أديس أبابا ببلدة ميزان، عانى من انهيارات أرضية متكررة، خاصة خلال موسم الأمطار من يونيو إلى سبتمبر. وعلى الرغم من المحاولات السابقة لإصلاح الطريق باستخدام ردم الصخور، استمرت الأرض في التحرك. قرر الفريق، بقيادة مهندسين من جامعة باهر دار وبالتعاون مع خبراء من الهند وبولندا، النظر فيما وراء السطح لفهم ما يحدث بالضبط. لقد جمعوا بين ثلاث طرق مختلفة لاستكشاف الأرض: قاموا بحفر ثقوب عميقة لاستخراج عينات التربة، واستخدموا الموجات الصوتية والتيارات الكهربائية لرسم خريطة للأرض دون حفر، كما بنوا نموذجًا رقميًا للمنحدر لاختبار كيفية سلوكه تحت الضغط. لم يكن هدفهم مجرد معرفة سبب فشل الطريق، بل إيجاد حل يحافظ على سلامته في المستقبل.

بدأ التحقيق بالاستماع إلى الأرض واستشعار مقاومتها الكهربائية. استخدم الباحثون تقنية تسمى الانكسار الزلزالي، والتي تتضمن إرسال موجات صوتية عبر الأرض لقياس سرعة انتقالها. فالموجات الأسرع تعني عادةً صخورًا أكثر صلابة، بينما تشير الموجات الأبطأ إلى تربة ناعمة أو صخور متصدعة. كما استخدموا التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية، الذي يقيس مدى سهولة تدفق الكهرباء عبر الأرض. فالتربة الرطبة والطين يوصلان الكهرباء بشكل أفضل بكثير من الصخور الجافة، لذا ساعدت هذه الطريقة في تحديد جيوب المياه والطبقات المشبعة الضعيفة. دُمجت هذه الاختبارات غير التدخلية مع بيانات من أربع ثقوب حفر عميقة تم حفرها على طول الطريق. ومن هذه الثقوب، استخرجوا عينات تربة لاختبارها في المختبر، حيث قاسوا وزن التربة، ومحتواها المائي، والقوة المطل see لكي تنزلق.

رسمت النتائج صورة واضية لمشهد طبيعي معرض للخطر. فالأرض تحت الطريق هي مزيج معقد من الطبقات. في الأعلى، توجد طبقة من مواد الردم المستوردة المستخدمة لبناء الطريق، وتقع فوق طمي أحمر بني صلب. وتحت ذلك، توجد طبقة من الطين المختلط بشظايا صخر التراكييت، وفي الأسفل، طبقة من البازلت المتجوّي. وكان الاكتشاف الحاسم هو أن مستوى المياه الجوفية قريب جدًا من السطح، وغالبًا ما يكون على بعد متر واحد فقط تحت الأرض. وخلال موسم الأمطار، يرتفع هذا المستوى، مما يؤدي إلى تشبع التربة وتحويل الطبقات العليا إلى كتلة ثقيلة وزلقة. وأكدت الاختبارات المعملية أن التربة تحتوي على نسبة رطوبة طبيعية عالية، خاصة خلال أمطار الصيف، مما يقلل بشكل كبير من قدرتها على التماسك.

ولرؤية كيف أثرت هذه الظروف على سلامة الطريق، بنى الباحثون محاكاة حاسوبية للمنحدر. قاموا بتغذية البيانات الواقعية — أوزان التربة، زوايا الاحتكاك، ومستويات المياه — في برامج متخصصة لحساب "عامل الأمان". هذا الرقم هو نسبة بسيطة تخبر المهندسين بمدى استقرار المنحدر. ويُعتبر الرقم 1.5 أو أعلى آمنًا بشكل عام للطريق، مما يعني أن القوى التي تمسك بالتلة أقوى بواقع مرة ونصف من القوى التي تحاول سحبها للأسفل. أظهرت المحاكاة أنه في ظل الظروف الرطبة الحالية، كان عامل الأمان لهذا الطريق 1.347 فقط. وهذا أقل من حد الأمان المطلوب، مما يؤكد أن المنحدر غير مستقر وعرضة للانزلاق. كما أظهر النموذج أن المكان الأكثر احتمالاً لبدء الانزلاق يقع على عمق حوالي 5.5 متر تحت سطح الطريق، حيث يخترق طبقات التربة الضعيفة والرطبة.

بعد ذلك، اختبر الباحثون طرقًا مختلفة لإصلاح المشكلة داخل نموذجهم الحاسوبي. بحثوا في فكرة بناء جدار استنادي، وهو هيكل مصمم لحجز الأرض. أظهرت المحاكاة أن إضافة جدار ستزيد بشكل كبير من عامل الأمان، مما يوفر المقاومة الإضافية اللازمة لمنع التربة من الانزلاق. كما استكشفوا استخدام المواد الاصطناعية الجيولوجية، مثل الخلايا الجيولوجية (geocells) والمنسوجات الجيولوجية (geotextiles). وهي عبارية عن أقمشة شبكية يمكن وضعها داخل التربة لتعزيزها، حيث تعمل مثل الشبكة التي تمسك بالجزيئات معًا وتمنع انفصالها. وتشير الدراسة إلى أن الجمع بين هذه التدابير، مع أنظمة تصريف أفضل لخفض مستوى المياه الجوفية، يوفر أفضل مسار للمضي قدمًا. فمن خلال إزالة المياه الزائدة وتعزيز قوة التربة، يمكن تثبيت الطريق دون الحاجة إلى إعادة بناء التلة بأكملها.

تسلط هذه الدراسة الضوء على أن الانهيارات الأرضية المتكررة على طريق بونجا-ميزان ليست مجرد نتيجة للتضاريس الوعرة، بل هي تفاعل محدد بين خصائص التربة والأمطار الموسمية. ويدحض البحث فكرة أن عمليات إصلاح ردم الصخور الحالية كافية، حيث يستمر التحرك تحتها. بدلاً من ذلك، تشير الأدلة إلى الحاجة إلى نهج أكثر شمولاً يعالج المياه وقوة التربة بشكل مباشر. وبينما ركزت الدراسة على قسم معين من الطريق، فإن الأساليب المستخدمة توفر مخططًا لفهم مشكلات مماثلة في مناطق جبلية أخرى في إثيوبيا. ويقر المؤلفون بأن قيود الوقت والميزانية حالت دون استقصاء كامل طول الطريق البالغ 100 كيلومتر، لكن نتائجهم تقدم دليلًا واضحًا قائمًا على الأدلة للمهندسين لإعادة تأهيل هذا الجزء الحيوي من البنية التحتية وضمان بقائه مفتوحًا للسفر، حتى عندما تهطل الأمطار.