A Hybrid Geophysical–Geotechnical Approach for Landslide Stability Assessment

エチオピアの高地では、大地が急峻に立ち上がり、道路が山を切り裂いて走っていますが、地面は必ずしも見た目ほど強固ではありません。エンジニアや地質学者にとって、斜面の安定性は、土砂や岩石の重さが下方へ引き下げる力と、それらと同じ材料が一体となって保持しようとする内部強さとの間の、繊細なバランスの問題です。この強さは固定された数値ではなく、天候によって変化します。大雨が地面を浸食すると、水が土粒子の間の微細な隙間を満たし、粒子を押し広げ、地面をより重く、そして弱くします。これが地滑り科学の根本的な課題です。つまり、水、土壌の性質、そして斜面の形状がどのように相互作用して、踏みとどまるのか、あるいは崩壊するのかを理解することなのです。道路が丘の中に建設される際、しばしば斜面の下部にある自然の支えが取り除かれます。もし土壌がすでに弱かったり、地下水位が高かったりすれば、斜面全体が滑り落ち、交通を遮断し、命を脅かすことになります。

研究チームは、エチオピア南西部のボンガ町における、ある道路の区間で繰り返される問題の解決に乗り出しました。アディスアベバとミザンを結ぶこのハイウェイのセクションは、特に6月から9月の雨季に、度重なる地滑りに悩まされてきました。岩石を用いた盛り土による過去の修復の試みにもかかわらず、地面は動き続けていました。バヒル・ダル大学のエンジニアを中心とし、インドとポーランドの共同研究者によるこのチームは、まさに何が起きているのかを理解するために、地表の下を調査することに決めました。彼らは、地球を観察するための3つの異なる手法を組み合わせました。それは、深い穴を掘って土壌サンプルを採取すること、音波と電流を用いて掘削せずに地面をマッピングすること、そして斜面がストレスに対してどのように振る舞うかをテストするためのデジタルモデルを構築することでした。彼らの目的は、単になぜ道路が失敗したのかを知ることではなく、将来にわたって安全を維持できる解決策を見つけることでした。

調査は、地球の「声」を聞き、その「電気抵抗」を感じることから始まりました。研究者たちは、地震波屈折法と呼ばれる手法を用いました。これは、地面に音波を送り、それらがどれほどの速さで伝わるかを測定するものです。波が速い場合は通常、硬い岩石であることを意味し、遅い場合は柔らかい土壌や破砕された岩石であることを示します。また、彼らは電気抵抗トモグラフィも使用しました。これは、地面を通じて電気がどれほど容易に流れるかを測定するものです。湿った土や粘土は、乾燥した岩石よりもはるかに電気を通しやすいため、この手法によって水のポケットや、水を含んで飽和した弱い層を特定することができました。これらの非侵襲的なテストは、道路沿いに掘られた4つの深いボーリング孔からのデータと組み合わされました。これらの孔から抽出された土壌サンプルは、重量、含水率、そして滑るために必要な力を測定するために研究所でテストされました。

結果は、脆弱な景観の明確な姿を描き出しました。道路の下の地面は、複雑な層の混合物です。最上部には、道路建設に使用された輸入された盛土の層があり、その上に硬い赤褐色のシルトが乗っています。その下には、トラキテ岩の破片が混ざった粘土の層があり、最下部には風化した玄武岩の層があります。決定的な発見は、地下水位が非常に地表に近く、しば転じて地上わずか1メートルの位置にあるということでした。雨季には、この水位が上昇し、土壌を浸食して、上層部を重く滑りやすい塊へと変えてしまいます。室内実験の結果、この土壌は、特に夏季の降雨時において高い自然含水率を示し、それが結合力を著しく低下させていることが確認されました。

これらの条件が道路の安全性にどのように影響するかを確認するため、研究者たちはコンピュータによる斜面のシミュレーションを作成しました。彼らは、土壌の重量、摩擦角、水準といった現実世界のデータを専用のソフトウェアに入力し、「安全率」を算出しました。この数値は、エンジニアが斜面の安定性を判断するための単純な比率です。一般的に、道路においては1.5以上の数値が安全であるとされており、これは、丘を支える力が引き下げようとする力の1.5倍強いことを意味します。シミュレーションの結果、現在の湿潤条件下におけるこの道路の安全率は、わずか1.347であることが示されました。これは要求される安全基準を下回っており、この斜面が不安定であり、滑落しやすいことを裏付けています。また、モデルによれば、滑落が始まる最も可能性の高い場所は、道路表面から約5.5メートルの深さであり、弱く濡れた土壌層を突き抜ける形になると示されました。

次に、研究者たちはコンピュータモデル内で、問題を解決するためのさまざまな方法をテストしました。彼らは、土を押し返すために設計された構造物である、擁壁（ようへき）を築くというアイデアを検討しました。シミュレーションの結果、壁を追加することで安全率は大幅に向上し、土が滑るのを防ぐために必要な追加の抵抗力を提供できることが示されました。また、彼らはジオセルやジオテキスタイルといったジオシンセティック（合成樹脂）材料の使用についても探りました。これらは、土壌の中に配置できるメッシュ状の布であり、粒子を繋ぎ止め、分離を防ぐためのネットのような役割を果たします。研究は、これらの対策と、地下水位を下げるためのより優れた排水システムを組み合わせることが、最善の道であることを示唆しています。余分な水を取り除き、土壌を補強することで、斜面全体を再構築することなく、道路を安定させることが可能となります。

この研究は、ボンガ・ミザン道路における繰り返される地滑りが、単に急峻な地形によるものではなく、土壌の特性と季節的な降雨との間の特定の相互作用によるものであることを浮き穴しています。現在の岩石を用いた盛り土による修復では不十分であることを、この研究は否定しています。なぜなら、その下でも動きが続いているからです。むしろ、証拠が示しているのは、水と土壌の強度に直接対処する、より包括的なアプローチの必要性です。本研究は特定の道路区間に焦点を当てたものですが、用いられた手法は、エチオピアの他の山岳地帯における同様の問題を理解するための青写真を提供しています。著者らは、時間と予算の制約により、100キロメートルに及ぶハイウェイの全区間を調査することはできなかったと認めていますが、彼らの知見は、エンジニアがこの重要なインフラを修復し、雨が降っても移動が可能な状態を確保するための、明確で根拠に基づいたガイドを提供しています。