南通城区地质灾害类型与特征研究

陈亚楠 倪江河 宋毅

（江苏省地质环境勘查院 江苏南京 211102）

0 引言

地质灾害是由自然或人为因素引发的、危害或威胁人类生命和财产安全及生存环境质量的不良地质作用和现象。根据地质灾害的发生方式可将地质灾害划分为缓变性地质灾害和突发性地质灾害［1］。缓变性地质灾害有地面沉降、水土流失海水入侵等，突发性地质灾害崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷等。

南通市位于江苏省东部，属北亚热带湿润性气候区，是16 个长三角城市中经济发展较快的城市，地质条件相对复杂。随着经济社会迅速发展，人类工程建设活动强烈，人类开发、利用和改造城市地质环境的规模和程度加剧。南通地区已发生多起地面沉降、崩塌、滑坡等地质灾害，给地区经济社会发展带来不利影响。

1 地质灾害类型与分布特征

南通市位于长江三角洲冲积平原区，地层浅部大面积分布高压缩性松软土层，由于人类的工程建设活动和强烈开采地下水导致地下水位大幅度下降，诱发地面沉降环境地质问题。在沿江基岩残丘地貌区，山体大部分基岩裸露，节理裂隙发育。受自然风化、重力及降雨等多重作用影响，山体多处出现崩塌、滑坡等地质灾害隐患。区内浅部特殊类岩土分布广泛，主要有软土、砂土，对建筑物沉降持续时间、地基土强度和建筑基坑开挖等造成不利影响。因此，区内主要发育的地质灾害为缓变的地面沉降、突发性地质灾害崩塌与滑坡以及与工程建设密切相关的特殊类土（软土、砂土）地质灾害。

1.1 地面沉降

1986 年，南通市城区首次测量发现2 个沉降中心：粮食局—生化厂一带和通棉二厂—色织一厂一带，沉降量最高达63.4 mm。1988 年第二次测量表明，新增农药厂一带沉降中心，2 a 的沉降总量为11.77 mm 和8.65 mm。1996 年12 月的沉降监测结果表明，整个市区范围内累积沉降量已超过50 mm。2000 年12 月的监测结果反映南通城区出现5 个沉降中心：南通日报社原址（累计沉降量91 mm）、南通农药厂（累计沉降量82 mm）、原棉织五厂（至1997 年累计沉降量达81 mm）、南通第一印染厂（累计沉降量71 mm）、第三化工厂（沉降量为166 mm）。根据 《南通市地质灾害防治规划（2010—2020 年）》，1985—2010 年累计地面沉降量-53～-72 mm，其沉降速率＜5 mm/a。整体监测资料显示，至2010 年通城区累计沉降量一般＜200 mm，沉降速率＜10 mm/a［2-3］。

根据南通市测绘院有限公司2018 年监测数据，2010—2018 年城区大部分区域沉降速率＜5 mm/a，沿长江岸线沉降量稍大，最大位于苏通大桥附近，累计沉降为32 mm，年均沉降速率＜6 mm/a。根据收集的资料，绘制调查区地面沉降速率和2010—2018 年累计地面沉降量等值线图，详见图1。近年南通地区测量资料表明，地面沉降仍在进一步发展。

图1 地面沉降速率和累计地面沉降量等值线图（2010—2018 年）

1.2 突发性地质灾害

根据南通以往地质调查资料及狼山地区地质环境调查结果分析，狼山地区属狼山背斜，同时受燕山期以后的断裂运动的影响，岩体裂隙较为发育。出露岩石为基岩，岩性为泥盆系石英砂岩夹少量页岩、砾岩，层状构造，具交错层理。岩石表面有一定程度的风化。

狼山地区突发性地质灾害类型主要为崩塌、滑坡。

1.2.1 崩塌

狼山地区崩塌类型主要是在裂隙发育的陡峭斜坡上，失稳的岩土体在重力等作用下，发生的崩落现象。这种崩塌常发生在山区以及具有高陡边坡的地形条件，亦称山崩。崩落物一般为岩石。

本次调查中，把具有发生或潜在发生崩塌灾害地质条件的危岩均列入崩塌隐患点，调查区内崩塌隐患点分布如图2 所示。

图2 狼山地区崩塌（隐患）点分布示意图

1.2.2 滑坡

狼山地区山体表层多有土体覆盖，厚度不大。秋冬季节为防止火灾发生多将表层干枯低矮植被除去，四五月份植被尚未能完全覆盖时降雨开始增多，土体松散。雨水作用下坡体易发生失稳滑坡灾害。

2019 年调查结果显示，南通狼山地区已发现滑坡和滑坡隐患点73 处，分布沿狼山5 座山的山顶部及坡体四周，其规模多为小型。滑坡的发生以及滑坡隐患的存在与人类活动密切相关，其分布具明显的规律性，主要分布于土层较厚且坡度较陡的部位。滑坡灾害隐患点分布如图3 所示。

图3 狼山地区滑坡（隐患）点分布示意图

1.3 特殊类岩土（软土、砂土）灾害

南通城区大部分地区浅部分布有淤质软土，仅在局部缺失。饱和砂土在区内除狼山缺失外均有分布，且大部分地区为液化砂土。浅部分布砂土和软土灾害，给工程建设施工带来一定程度的影响。

1.3.1 软土

区内50 m 以浅广泛分布有1～2 层淤泥质粉质黏土夹粉土，埋深18.5～35.0 m，软土含水率为30.8%～43.2%，孔隙比一般0.938～1.189，液性指数一般0.92～1.67，压缩模量一般2.06～4.85 MPa，有机质含量1.0%～1.3%，含水率高、孔隙比大，具触变性、流变性、高压缩性、低透水性、不均匀性。地基土承载力特征值为80～100 kPa，工程性质差。软土顶板埋深等值线及厚度见图4。

图4 软土分布图

1.3.2 砂土

区内20 m 以浅发育有全新统冲积相粉土、粉砂层，结构松散，欠固结，厚度一般＞10 m。他们的特点就是沉积时代新，颗粒细而均匀，密实程度低，联结性差，饱水，且潜水位埋深浅。当地基开挖过深，就会产生静水压力，引起涌水冒砂现象。尤其是在动力荷载条件下，砂性土的微弱联结性遭受破坏，容易产生砂土地基液化。

饱和砂土液化灾害是平原区由地震及人工强烈振动而引发的最常见的地质灾害。南通城区除狼山地区外，其余大部分地区普遍分布砂土层，且多为饱和液化砂土层。饱和砂性土在地震或其他动荷载的作用下，土颗粒产生滑移变密而使体积减小，如果孔隙水来不及排出，孔隙水压力将不断升高，有效应力逐渐减小，当有效应力降低为零时，土便丧失抗剪强度和承载能力，土粒呈悬浮状态，称为砂土液化。

区内20 m 以浅分布多层饱和砂性土且厚度较大，选取代表性液化判别孔。按照《建筑抗震设计规范》4.3中的规定，对场地20 m 以浅饱和砂性土进行液化判别，并结合南通地区经验对区内液化场地进行分区，分别为不液化区、轻微液化区、轻微～中等液化区、中等液化区。具体见图5。

图5 饱和液化砂土分布图

2 地质灾害成因机理与主要影响因素

2.1 地面沉降

地面沉降是大多数城市特别是位于长江三角洲冲积平原上经济发展较快的城市最常见的环境地质问题之一，主要是过量抽取地下水所致。南通城区地下水开采历史较长，一段历史时期内出现地下水大量甚至过量开采。经统计南通城区大量开采地下水自20 世纪90 年代至2014 年前后，一度出现地下水降落漏斗。据统计资料，1997 年南通城区最大累计沉降量约-150 mm，沉降中心与市区第Ⅲ承压水水位降落漏斗一致，根据2011 年南通市国土资源局印发《南通市地质灾害防治规划（2010—2020 年）》，市区1985—2000 年累计地面沉降量-30～-45 mm；1985—2010 年累计地面沉降量-53～-72 mm。

由此，南通城区地面沉降的形成主要有2 个原因：①区内有一定厚度且压缩性较高的松散沉积物分布（内因）；②长期强烈开采地下水，导致地下水位持续下降（外因）。

本地区地面沉降的形成机理为：松散堆积物中孔隙承压水在天然状态下，土层中各点的静水位压力大于土应力，因此具有较高的压力水头；当地下水开采，砂层中的孔隙水压力由于地下水被取走后得到的补给量不足而减小，表现为含水层水头降低；根据太沙基有效应力原理，砂粒之间的有效应力也随之增加，砂层产生压缩变形。与此同时，含水砂层与顶部和底部的黏性土隔水层之间的孔隙水压力平衡也被打破，两者产生一定的水头差。黏性土中的孔隙水在压力差的作用下，向含水层缓慢渗流，从而降低静水压力，寻求新的平衡。随着静水压力的降低，土粒间有效压力增大，黏性土层也随之被释水压密，引起地面沉降。

2.2 突发性地质灾害

2.2.1 崩塌

狼山地区崩塌地质灾害形成条件主要为早期开山采石形成的高陡边坡。主要分布于5 座山的山体周边，为无台阶斜坡式开采，留了较多的陡峻斜坡面。这类斜坡往往坡度较大，一般在60°，坡面高，多为10～50 m 不等［4］。坡体岩性泥盆系五通群砂岩，性脆，层间裂隙和垂向卸荷裂隙发育，加上开采爆破活动增加了坡体岩层的裂隙发育程度，为崩塌的发生创造了有利条件［5］。后期，一些依山而建的景区设施、企业单位在山体边切坡盖房，切坡较陡，房屋紧靠坡体，且无任何工程措施支护，发生崩塌，易对房屋产生极大的危险。

2.2.2 滑坡

地形地貌是区内滑坡形成的主要条件之一。纵观区内滑坡分布特征，皆发生在低山区，从地形条件看，主要分布在地形坡度＞20°的区域。人工切坡和坡体上部人类活动加载是导致滑坡发生的主要原因。原始山坡经历了千百万年的演化，基本上达到了一种相对平衡状态。区内修建道路或建造房屋时切坡及开山采石活动打破了原有土体的自然平衡状态，形成陡立的临空面，破坏了斜坡的稳定性，在一定内外因条件下即可产生滑坡。降雨是滑坡主要诱发因素［6］，降雨时地表径流一部分流向坡下，还有一部分沿岩土体缝隙（岩体节理裂和土体的孔隙等）向下渗入到岩土体内部，使其含水量增加，在重力作用下，坡体下滑力随之增大，同时入渗雨水还会降低结构面的抗剪强度，易导致滑坡发生。

根据调查结果，区内发生的滑坡均发生在汛期的6—8 月份。据军山观测站资料，2016 年6—8 月降雨量982.5 mm，2017 年同期降雨量为613.9 mm。滑坡的产生、发展直至滑落是受滑面坡度、降雨强度（降雨量及持续时间）、地下水、地表水以及人类不当活动等多种因素共同作用的结果。

2.3 特殊类岩土（软土、砂土）灾害

2.3.1 软土

软土的工程性质主要是含水量高，孔隙比大，具高压缩性，渗透性差，排水固结缓慢，沉降延续时间长。软土呈软塑～流塑状，天然强度低。导致软土具有如下5 个特征。

（1）触变性：当原状土在施工过程中受到扰动后，土体中原有的结构连接极易遭到破坏，土的强度会迅速降低，使土体很快变成稀释状态。软土的灵敏度一般较大，因此当软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、加速沉降现象。触变性可用灵敏度St 表示，调查区软土的灵敏度一般在2.3～3.3，属中灵敏性。软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降等现象。

（2）流变性：在长期荷载作用下，除产生排水固结引起的变形外，还会发生缓慢而长期的剪切变形。这对建筑物地基沉降有较大影响，对堤岸、码头和地基稳定性不利。

（3）高压缩性：软土是属于高压缩性的土，压缩系数大，具体反映在建筑物建成后引起较大的地基下沉，且沉降时间较长。

（4）低透水性：软土透水性能弱，对地基排水不利，反映在建筑物沉降延续时间长。同时，在加载初期，地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基强度。

（5）不均匀性：由于沉积环境的变化，土质均匀性差，常夹有粉土和粉砂薄层，具有明显的微层理构造。软土水平方向性质差异一般不明显，垂直方向上结构差异较大，非均布荷载作用时易产生较大差异沉降。

因此，在软土地基上进行工程建设，开挖扰动可能产生滑动坍塌，荷载作用下可能产生整体或差异沉降，软土层厚薄不一而引起不均匀沉降，造成建筑物倾斜损坏等问题。

2.3.2 砂土

本区由砂土引发的地质灾害主要是震动液化和渗透变形。

震动液化是指饱和粉砂、粉土在地震动荷载作用下，因孔隙水压力骤增，导致砂土结构破坏，呈出液化状态的现象。本区砂土产生地震液化的内因主要是土的结构类型，外因是一定强度的地震活动，二者缺一不可。此外，人为强烈震动如桩基础振动沉桩也可以产生局部的砂土液化，造成桩位移动问题，影响范围较小。

砂土渗透变形是指饱和粉砂、粉土因水力坡度在渗透水流作用下产生的流动现象。区内砂土渗透变形机理是：饱和粉砂、粉土因水力坡度在渗透水流作用下产生的流动现象，即流砂。

3 地质灾害危害性分析

3.1 地面沉降

过量开采松散堆积物中的地下水引起的地面沉降是一种区域性缓变性地质灾害，一旦发生不可逆转，其危害主要表现为以下6 个方面。

（1）造成地面高程的损失，地面沉降减小了的地面高程，造成一些重要工程的设计基准失去现实依据，不得不人为垫高地基或预留设计高程来达到设计要求，为此产生较大的工程费用。

（2）引发洪涝灾害，地面沉降的最显著危害是导致防洪能力降低，洪涝灾害加剧，防洪排涝投入增加。为了抵御淹没风险，低洼地区防洪堤、路基等需不断加高。

（3）造成地面建筑物的破坏，在地面沉降严重地区，甚至出现地裂缝现象。目前南通暂时还没有发现使建筑物发生倾斜、破损，严重危及居民的生命财产，影响社会的稳定的现象。

（4）影响河道运输业，地面沉降使桥梁净空减小，易使河道淤积，影响河道运输业的发展，甚至使部分河道失去通航能力。

（5）导致地下公用设施的破坏，作为城市基础设施的测量控制系统（如水准点）失效，进而导致城市建设过程中各项成本的增加。另外，沉降直接威胁城市生命线工程，造成地下管线、道路交通、电力线路等在内的公共保障设施受损直至破坏。

（6）加速水土污染、促成生态环境恶化，在局部地面沉降洼地形成地面滞水区水系紊乱，地表水流不畅，水土污染加重，生态环境恶化。

3.2 突发性地质灾害

突发性地质灾害有瞬时性、突发性，当灾害来临时在影响区范围内可能因来不及撤离伤及相关人员。突发性地质灾害发生推倒构筑物基础、墙体造成其结构性破坏，形成危房，甚至发生倒塌造成巨大人身财产损失。发生突发性地质灾害有时会造成交通中断。如交通道路阻塞，摧毁桥梁、阻塞河道等，造成车辆、船舶损毁，供电、通信设施中断等。突发性地质灾害发生时立即影响人类生存环境，如水源污染、水利设施破坏、形成堰塞湖等。发生地质灾害，对地区经济发展有直接间接损失，如工业、农业、旅游业、物流业等。

南通五山地区早期为开山采石形成山体周边陡立的岩坡，改变和破坏了山体周边坡体原来的自然平衡，虽后期关停所有采场，但随着地质环境的恶化，如山体的自然风化、景区规划建设道路和修建房屋等，仍然会产生突发性的滑坡和崩塌灾害。初步统计，上述因素引起的滑坡、崩塌灾害共有73 处，造成的直接经济损失约500 万元，潜在经济损失达1 亿元。

3.3 特殊类岩土（软土、砂土）灾害

特殊类岩土（软土、砂土）灾害的危害主要表现在工程建设过程中，工程建设施工对土体结构破坏和动、静荷载作用改变了原有的应力状态，可能引发特殊类岩土（软土、砂土）灾害。

3.3.1 软土

区内软土含水率高、孔隙比大，具触变性、流变性、高压缩性、低透水性、不均匀性，在人类工程活动作用下，极易产生挤压变形、蠕动等地质灾害，对工程建设产生不利影响。主要表现为：软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降等现象；建筑物建成后引起的较大的地基下沉，且沉降时间较长；同时，在加载初期，地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基强度；在长期荷载作用下，除产生排水固结引起的变形外，还会发生缓慢而长期的剪切变形，极易出现垂直方向上结构差异较大，非均布荷载作用时易产生较大差异沉降，对堤岸、码头和地基等稳定性产生不利影响。

3.3.2 砂土

区内地下水位埋藏浅，承压水头较高，深基础开挖可能引发突涌现象，造成基坑失稳，基坑边坡滑动坍塌等地质灾害，对工程施工产生一定影响。在地下水埋藏较浅的低平原区进行基础开挖时，在水头差作用下，饱和粉砂、粉土易产生悬浮渗流现象，即流砂。如果防治措施不当，流砂发展结果引发基础变形、不均匀沉降，基坑边坡坍塌等地质灾害，对工程施工产生一定影响。

砂土液化常伴随有大规模的地面沉降形变、滑塌、地裂和喷水、冒砂，造成建筑、道路、农田及各种工程破坏与失效，给国计民生带来严重损失，因而对此应予以足够重视。地震砂土液化常伴有地面沉降变形、滑塌、地裂和喷水、冒砂现象，造成各种工程设施损坏。

4 地质灾害防治措施

4.1 地面沉降

加强地下水、地面沉降灾害动态监测；加强地下水开采活动的监督、管理，根据地下水位、地面沉降发展变化趋势，采取地下水禁采、限采等措施；合理开采地下水，并积极开展地下水的回灌研究，扩大地下水的补给来源，防止地下水位下降；城镇规划和项目建设中，应考虑地面沉降因素，适当提高地基高度，并预留沉降量；加强城镇市政排水系统建设，防止地面沉降后发生严重的洪涝灾害；开展地质灾害危险性评估工作［7］，严格审批程序。

4.2 突发性地质灾害

建立完善的地质灾害群测群防网络体系［8］，加强崩塌、滑坡灾害的群测群防；加强区内工程活动的监督、管理；分期开展地质灾害勘查设计工作，实施崩塌、滑坡灾害治理工程，严格工程建设活动的审批程序，禁止在该区域新建工程。

4.3 特殊类岩土（软土、砂土）灾害

根据岩土体的发育分布特征，科学规划城镇、开发区等的布局和空间结构；开展地质灾害危险性评估工作，严格审批程序；加强工程建设活动的监督、管理，根据具体建（构）筑物的布局和结构，采取不同的防治措施。

5 结论与建议

（1）南通城区地质灾害类型主要为缓变性地质灾害地面沉降，突发性地质灾害滑坡、崩塌以及与工程建设密切相关的特殊类岩土（软土、砂土）灾害。

（2）地质灾害的形成条件主要为自然因素、人为因素两者综合作用的结果。南通城区地面沉降灾害全域均有分布，主要与长期大量开采地下水密切相关；突发性地质灾害滑坡和崩塌仅在狼山地区分布，外在诱发因素主要为降雨和人类工程活动；特殊类岩土（软土、砂土）全区均有分布，人类工程活动条件下易对工程建设产生不利影响。

（3）建议根据各种灾害类型的发育特征及形成条件，建立重点地质灾害防治区初步建成防灾减灾体系，使人为引发的地质灾害加剧的趋势得到有效控制。调查区内突发性地质灾害发育现状、规模，并对重点地质灾害点开展治理措施。使区内地面沉降发展的趋势得到有效控制。

（4）建议南通城区完善狼山地区地质灾害监测体系，加强市、区和景区三级地质灾害监督管理体系和群专结合的地质灾害监测预报体系建设。