DOI: https://doi.org/10.3389/fbuil.2025.1680297
تاريخ النشر: 2026-01-09
المؤلف: Bramantyo Eko Prabowo وآخرون
الموضوع الرئيسي: الانهيارات الأرضية والمخاطر المرتبطة بها
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير مدة هطول الأمطار على استقرار المنحدرات في التربة الرملية الطينية غير المشبعة في إندونيسيا، خاصة خلال موسم الأمطار عندما تكون الانهيارات الأرضية شائعة. تم جمع عينات من التربة وإخضاعها لاختبارات مخبرية متقدمة لتحديد خصائصها غير المشبعة، بما في ذلك منحنى خصائص مياه التربة (SWCC) وقوة القص غير المشبعة. تم إجراء محاكاة عددية لنمذجة تسرب الأمطار على مدى ثلاث فترات (6 ساعات، 12 ساعة، و24 ساعة) مع وجود مستوى المياه الجوفية على عمق 5 أمتار تحت السطح. تشير النتائج إلى أن فترات هطول الأمطار الأقصر تؤدي إلى انخفاض أكبر في عامل الأمان (FoS) بسبب الزيادات السريعة في مستويات المياه الجوفية وضغط المياه المسامية، مع ملاحظة التأثير الأكثر وضوحًا في محاكاة الـ 6 ساعات.
تظهر النتائج أنه بينما أدت جميع المحاكاة إلى انخفاض في FoS خلال هطول الأمطار، إلا أن FoS زاد تدريجياً واستقر حول 1.86 بحلول اليوم السادس بعد هطول الأمطار. تبرز الدراسة أن شدة هطول الأمطار، بدلاً من مدتها، تلعب دورًا حاسمًا في التأثير على استقرار المنحدرات، حيث أن الانخفاض الحاد في الشد خلال هطول الأمطار القصير الشديد يؤثر بشكل كبير على FoS. في النهاية، توفر هذه الأبحاث رؤى قيمة لتحديد المناطق المعرضة لخطر الانهيارات الأرضية، مما يبرز الحاجة إلى استراتيجيات تخفيف مستهدفة في المناطق التي تتميز بتكوينات رملية طينية وكثافة أمطار عالية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم جمع البيانات من موارا إينيم، جنوب سوماترا، حيث كانت المنطقة تتميز بمنحدر 1:1. تم إجراء اختبارات مخبرية لتحديد الخصائص الفيزيائية للتربة، مع التركيز بشكل خاص على منحنى خصائص مياه التربة (SWCC) لنمذجة حركة المياه من خلال قياس كل من محتوى المياه الجاذبي والحجمي. تعتبر هذه القياسات ضرورية لتقدير النفاذية وقوة القص غير المشبعة. تم تصنيف التربة على أنها رملية طينية (SM)، مع ملاحظة مستوى المياه الجوفية على عمق 5 أمتار تحت السطح. تم اشتقاق معلمات قوة القص الفعالة، بما في ذلك التماسك ($c’$) وزاوية الاحتكاك ($\phi’$)، باستخدام علاقات من AS 4678-2002، مصممة لنوع التربة وكثافتها المحددة.
بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على أحدث بيانات شدة هطول الأمطار لجنوب سوماترا في عام 2023 من موقع BMKG، مع تقديم التفاصيل ذات الصلة في الجداول المرفقة. تضع هذه المنهجية الشاملة الأساس لمزيد من تحليل سلوك التربة تحت ظروف رطوبة متغيرة، مما يساهم في فهم الخصائص الجيوتقنية في المنطقة.
النتائج
تشير نتائج دراسة محاكاة هطول الأمطار إلى أن فترات هطول الأمطار المتغيرة تؤثر بشكل كبير على عامل الأمان (FoS) للمنحدرات. تم إجراء المحاكاة لثلاث فترات: 6 ساعات، 12 ساعة، و24 ساعة، مع شدة هطول أمطار مقابلة تبلغ 25.20 مم/ساعة، 12.75 مم/ساعة، و6.38 مم/ساعة، على التوالي. تكشف النتائج أن محاكاة الـ 6 ساعات، التي تتميز بأعلى شدة، أدت إلى انخفاض ملحوظ في FoS من 1.84 إلى 1.47، بينما خفضت محاكاة الـ 12 ساعة و24 ساعة FoS إلى 1.49 و1.54، على التوالي. يُعزى هذا الانخفاض في FoS إلى زيادة ضغط المياه المسامية وانخفاض الشد الماتري في التربة، وهي عوامل حاسمة تؤثر على استقرار المنحدرات.
تسلط الدراسة أيضًا الضوء على العلاقة بين مدة هطول الأمطار وديناميات ضغط المياه المسامية. خلال محاكاة الـ 6 ساعات، انتقلت قيم ضغط المياه المسامية من السلبية (تشير إلى الشد) إلى الإيجابية، مما يدل على فقدان سريع للشد وزيادة كبيرة في ضغط المياه، خاصة عند نقطة المراقبة C، التي سجلت أعلى ضغط قدره 15.09 كيلو باسكال. تشير النتائج إلى أن أحداث هطول الأمطار القصيرة والأكثر كثافة تشكل خطرًا أكبر على استقرار المنحدرات بسبب تأثيرها الفوري على ظروف رطوبة التربة. بعد هطول الأمطار، يتعافى FoS تدريجياً مع حدوث تصريف، مع ملاحظة الاستقرار بحلول اليوم السادس بعد الحدث. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية شدة ومدة هطول الأمطار في تقييم خطر الانهيارات الأرضية في التربة غير المشبعة.
المناقشة
تركز قسم المناقشة في ورقة البحث على الخصائص الجيولوجية والهيدرولوجية لمنطقة موارا إينيم، مع التأكيد على تعرضها للانهيارات الأرضية بسبب تضاريسها المتغيرة وخصائص التربة. المنطقة، التي هي جزء من سلسلة جبال بوكيت باريسان، تتميز برواسب رملية طينية ربعوية مصنفة على أنها رملية طينية (SM). تبرز الدراسة تأثير الشد الماتري على قوة القص والاستقرار في التربة غير المشبعة، مشيرة إلى أن الضغوط العادية المنخفضة يمكن أن تؤدي إلى تليين ذروة، بينما تظهر الضغوط الأعلى سلوك تصلب الشد. تاريخ المنطقة من الانهيارات الأرضية، خاصة خلال أحداث هطول الأمطار الشديدة، يبرز الحاجة إلى إدارة بيئية دقيقة.
تستخدم الدراسة محاكاة عددية باستخدام برنامج GeoStudio لتحليل تأثيرات مدة هطول الأمطار على استقرار المنحدرات في الرمل الطيني غير المشبع. تشير النتائج إلى أنه بينما يمكن أن تؤدي كميات هطول الأمطار اليومية المماثلة إلى انخفاضات متفاوتة في عامل الأمان (FoS)، فإن فترات هطول الأمطار الأقصر تؤدي إلى انخفاضات أكبر في FoS بسبب الزيادات السريعة في ضغط المياه المسامية. من الجدير بالذكر أن FoS يميل إلى الاستقرار بعد حوالي ستة أيام من توقف هطول الأمطار، مما يشير إلى آثار متبقية طويلة الأمد على استقرار التربة. تدعو الدراسة إلى مزيد من الأبحاث لتضمين النمذجة ثلاثية الأبعاد واختبارات القص المباشر لتعزيز فهم سلوك التربة غير المشبعة في سياق استقرار المنحدرات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbuil.2025.1680297
Publication Date: 2026-01-09
Author(s): Bramantyo Eko Prabowo et al.
Primary Topic: Landslides and related hazards
Overview
This study investigates the impact of rainfall duration on slope stability in unsaturated silty sand soils in Indonesia, particularly during the rainy season when landslides are prevalent. Soil samples were collected and subjected to advanced laboratory tests to determine their unsaturated properties, including the soil water characteristic curve (SWCC) and unsaturated shear strength. Numerical simulations were performed to model rainfall infiltration over three durations (6 hours, 12 hours, and 24 hours) with a groundwater table positioned 5 meters below the surface. The findings indicate that shorter rainfall durations lead to a more significant decrease in the factor of safety (FoS) due to rapid increases in groundwater levels and pore-water pressure, with the most pronounced effect observed in the 6-hour simulation.
The results demonstrate that while all simulations resulted in a decrease in FoS during rainfall, the FoS gradually increased and stabilized around 1.86 by the sixth day post-rainfall. The study highlights that the intensity of rainfall, rather than its duration, plays a critical role in influencing slope stability, as the steep decline in suction during intense short-duration rainfall significantly affects the FoS. Ultimately, this research provides valuable insights for identifying regions at risk of landslides, emphasizing the need for targeted mitigation strategies in areas characterized by silty sand lithology and high rainfall intensity.
Methods
In this study, data were collected from Muara Enim, South Sumatra, where the area was characterized by a 1:1 slope. Laboratory tests were performed to ascertain the physical properties of the soil, specifically focusing on the soil-water characteristic curve (SWCC) to model water movement by measuring both gravimetric and volumetric water content. These measurements are crucial for estimating permeability and unsaturated shear strength. The soil was classified as silty sand (SM), with the groundwater table observed at a depth of 5 meters below the surface. Effective shear strength parameters, including cohesion ($c’$) and friction angle ($\phi’$), were derived using correlations from AS 4678-2002, tailored to the specific soil type and density.
Additionally, the latest rainfall intensity data for South Sumatra in 2023 were sourced from the BMKG website, with relevant details provided in accompanying tables. This comprehensive methodology lays the groundwork for further analysis of soil behavior under varying moisture conditions, contributing to the understanding of geotechnical properties in the region.
Results
The results of the rainfall simulation study indicate that varying durations of rainfall significantly affect the factor of safety (FoS) of slopes. Simulations were conducted for three durations: 6 hours, 12 hours, and 24 hours, with corresponding rainfall intensities of 25.20 mm/h, 12.75 mm/h, and 6.38 mm/h, respectively. The findings reveal that the 6-hour simulation, characterized by the highest intensity, resulted in a notable reduction of the FoS from 1.84 to 1.47, while the 12-hour and 24-hour simulations reduced it to 1.49 and 1.54, respectively. This decline in FoS is attributed to increased pore-water pressure and decreased matric suction in the soil, which are critical factors influencing slope stability.
The study also highlights the relationship between rainfall duration and pore-water pressure dynamics. During the 6-hour simulation, pore-water pressure values transitioned from negative (indicating suction) to positive, demonstrating a rapid loss of suction and a significant increase in water pressure, particularly at observation Point C, which recorded the highest pressure of 15.09 kPa. The results suggest that shorter, more intense rainfall events pose a greater risk to slope stability due to their immediate impact on soil moisture conditions. Following the rainfall, the FoS gradually recovers as drainage occurs, with stabilization observed by the sixth day post-event. Overall, the research underscores the importance of rainfall intensity and duration in assessing landslide risk in unsaturated soils.
Discussion
The discussion section of the research paper focuses on the geological and hydrological characteristics of the Muara Enim region, emphasizing its susceptibility to landslides due to its variable topography and soil properties. The area, part of the Bukit Barisan Mountain Range, is characterized by quaternary alluvial deposits classified as silty sand (SM). The study highlights the influence of matric suction on shear strength and stability in unsaturated soils, noting that lower normal stresses can lead to peak softening, while higher stresses exhibit strain hardening behavior. The region’s history of landslides, particularly during intense rainfall events, underscores the need for careful environmental management.
The research employs numerical simulations using GeoStudio software to analyze the effects of rainfall duration on slope stability in unsaturated silty sand. The findings indicate that while similar daily rainfall amounts can lead to varying decreases in the factor of safety (FoS), shorter rainfall durations result in more significant FoS reductions due to rapid increases in pore-water pressure. Notably, the FoS tends to stabilize approximately six days after rainfall ceases, suggesting long-term residual effects on soil stability. The study calls for further research to incorporate three-dimensional modeling and direct shear tests to enhance the understanding of unsaturated soil behavior in the context of slope stability.