南通城區地質災害類型與特征研究

陳亞楠 倪江河 宋毅

（江蘇省地質環境勘查院 江蘇南京 211102）

0 引言

地質災害是由自然或人為因素引發的、危害或威脅人類生命和財產安全及生存環境質量的不良地質作用和現象。根據地質災害的發生方式可將地質災害劃分為緩變性地質災害和突發性地質災害［1］。緩變性地質災害有地面沉降、水土流失海水入侵等，突發性地質災害崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷等。

南通市位于江蘇省東部，屬北亞熱帶濕潤性氣候區，是16 個長三角城市中經濟發展較快的城市，地質條件相對復雜。隨著經濟社會迅速發展，人類工程建設活動強烈，人類開發、利用和改造城市地質環境的規模和程度加劇。南通地區已發生多起地面沉降、崩塌、滑坡等地質災害，給地區經濟社會發展帶來不利影響。

1 地質災害類型與分布特征

南通市位于長江三角洲沖積平原區，地層淺部大面積分布高壓縮性松軟土層，由于人類的工程建設活動和強烈開采地下水導致地下水位大幅度下降，誘發地面沉降環境地質問題。在沿江基巖殘丘地貌區，山體大部分基巖裸露，節理裂隙發育。受自然風化、重力及降雨等多重作用影響，山體多處出現崩塌、滑坡等地質災害隱患。區內淺部特殊類巖土分布廣泛，主要有軟土、砂土，對建筑物沉降持續時間、地基土強度和建筑基坑開挖等造成不利影響。因此，區內主要發育的地質災害為緩變的地面沉降、突發性地質災害崩塌與滑坡以及與工程建設密切相關的特殊類土（軟土、砂土）地質災害。

1.1 地面沉降

1986 年，南通市城區首次測量發現2 個沉降中心：糧食局—生化廠一帶和通棉二廠—色織一廠一帶，沉降量最高達63.4 mm。1988 年第二次測量表明，新增農藥廠一帶沉降中心，2 a 的沉降總量為11.77 mm 和8.65 mm。1996 年12 月的沉降監測結果表明，整個市區范圍內累積沉降量已超過50 mm。2000 年12 月的監測結果反映南通城區出現5 個沉降中心：南通日報社原址（累計沉降量91 mm）、南通農藥廠（累計沉降量82 mm）、原棉織五廠（至1997 年累計沉降量達81 mm）、南通第一印染廠（累計沉降量71 mm）、第三化工廠（沉降量為166 mm）。根據 《南通市地質災害防治規劃（2010—2020 年）》，1985—2010 年累計地面沉降量-53～-72 mm，其沉降速率＜5 mm/a。整體監測資料顯示，至2010 年通城區累計沉降量一般＜200 mm，沉降速率＜10 mm/a［2-3］。

根據南通市測繪院有限公司2018 年監測數據，2010—2018 年城區大部分區域沉降速率＜5 mm/a，沿長江岸線沉降量稍大，最大位于蘇通大橋附近，累計沉降為32 mm，年均沉降速率＜6 mm/a。根據收集的資料，繪制調查區地面沉降速率和2010—2018 年累計地面沉降量等值線圖，詳見圖1。近年南通地區測量資料表明，地面沉降仍在進一步發展。

圖1 地面沉降速率和累計地面沉降量等值線圖（2010—2018 年）

1.2 突發性地質災害

根據南通以往地質調查資料及狼山地區地質環境調查結果分析，狼山地區屬狼山背斜，同時受燕山期以后的斷裂運動的影響，巖體裂隙較為發育。出露巖石為基巖，巖性為泥盆系石英砂巖夾少量頁巖、礫巖，層狀構造，具交錯層理。巖石表面有一定程度的風化。

狼山地區突發性地質災害類型主要為崩塌、滑坡。

1.2.1 崩塌

狼山地區崩塌類型主要是在裂隙發育的陡峭斜坡上，失穩的巖土體在重力等作用下，發生的崩落現象。這種崩塌常發生在山區以及具有高陡邊坡的地形條件，亦稱山崩。崩落物一般為巖石。

本次調查中，把具有發生或潛在發生崩塌災害地質條件的危巖均列入崩塌隱患點，調查區內崩塌隱患點分布如圖2 所示。

圖2 狼山地區崩塌（隱患）點分布示意圖

1.2.2 滑坡

狼山地區山體表層多有土體覆蓋，厚度不大。秋冬季節為防止火災發生多將表層干枯低矮植被除去，四五月份植被尚未能完全覆蓋時降雨開始增多，土體松散。雨水作用下坡體易發生失穩滑坡災害。

2019 年調查結果顯示，南通狼山地區已發現滑坡和滑坡隱患點73 處，分布沿狼山5 座山的山頂部及坡體四周，其規模多為小型。滑坡的發生以及滑坡隱患的存在與人類活動密切相關，其分布具明顯的規律性，主要分布于土層較厚且坡度較陡的部位。滑坡災害隱患點分布如圖3 所示。

圖3 狼山地區滑坡（隱患）點分布示意圖

1.3 特殊類巖土（軟土、砂土）災害

南通城區大部分地區淺部分布有淤質軟土，僅在局部缺失。飽和砂土在區內除狼山缺失外均有分布，且大部分地區為液化砂土。淺部分布砂土和軟土災害，給工程建設施工帶來一定程度的影響。

1.3.1 軟土

區內50 m 以淺廣泛分布有1～2 層淤泥質粉質黏土夾粉土，埋深18.5～35.0 m，軟土含水率為30.8%～43.2%，孔隙比一般0.938～1.189，液性指數一般0.92～1.67，壓縮模量一般2.06～4.85 MPa，有機質含量1.0%～1.3%，含水率高、孔隙比大，具觸變性、流變性、高壓縮性、低透水性、不均勻性。地基土承載力特征值為80～100 kPa，工程性質差。軟土頂板埋深等值線及厚度見圖4。

圖4 軟土分布圖

1.3.2 砂土

區內20 m 以淺發育有全新統沖積相粉土、粉砂層，結構松散，欠固結，厚度一般＞10 m。他們的特點就是沉積時代新，顆粒細而均勻，密實程度低，聯結性差，飽水，且潛水位埋深淺。當地基開挖過深，就會產生靜水壓力，引起涌水冒砂現象。尤其是在動力荷載條件下，砂性土的微弱聯結性遭受破壞，容易產生砂土地基液化。

飽和砂土液化災害是平原區由地震及人工強烈振動而引發的最常見的地質災害。南通城區除狼山地區外，其余大部分地區普遍分布砂土層，且多為飽和液化砂土層。飽和砂性土在地震或其他動荷載的作用下，土顆粒產生滑移變密而使體積減小，如果孔隙水來不及排出，孔隙水壓力將不斷升高，有效應力逐漸減小，當有效應力降低為零時，土便喪失抗剪強度和承載能力，土粒呈懸浮狀態，稱為砂土液化。

區內20 m 以淺分布多層飽和砂性土且厚度較大，選取代表性液化判別孔。按照《建筑抗震設計規范》4.3中的規定，對場地20 m 以淺飽和砂性土進行液化判別，并結合南通地區經驗對區內液化場地進行分區，分別為不液化區、輕微液化區、輕微～中等液化區、中等液化區。具體見圖5。

圖5 飽和液化砂土分布圖

2 地質災害成因機理與主要影響因素

2.1 地面沉降

地面沉降是大多數城市特別是位于長江三角洲沖積平原上經濟發展較快的城市最常見的環境地質問題之一，主要是過量抽取地下水所致。南通城區地下水開采歷史較長，一段歷史時期內出現地下水大量甚至過量開采。經統計南通城區大量開采地下水自20 世紀90 年代至2014 年前后，一度出現地下水降落漏斗。據統計資料，1997 年南通城區最大累計沉降量約-150 mm，沉降中心與市區第Ⅲ承壓水水位降落漏斗一致，根據2011 年南通市國土資源局印發《南通市地質災害防治規劃（2010—2020 年）》，市區1985—2000 年累計地面沉降量-30～-45 mm；1985—2010 年累計地面沉降量-53～-72 mm。

由此，南通城區地面沉降的形成主要有2 個原因：①區內有一定厚度且壓縮性較高的松散沉積物分布（內因）；②長期強烈開采地下水，導致地下水位持續下降（外因）。

本地區地面沉降的形成機理為：松散堆積物中孔隙承壓水在天然狀態下，土層中各點的靜水位壓力大于土應力，因此具有較高的壓力水頭；當地下水開采，砂層中的孔隙水壓力由于地下水被取走后得到的補給量不足而減小，表現為含水層水頭降低；根據太沙基有效應力原理，砂粒之間的有效應力也隨之增加，砂層產生壓縮變形。與此同時，含水砂層與頂部和底部的黏性土隔水層之間的孔隙水壓力平衡也被打破，兩者產生一定的水頭差。黏性土中的孔隙水在壓力差的作用下，向含水層緩慢滲流，從而降低靜水壓力，尋求新的平衡。隨著靜水壓力的降低，土粒間有效壓力增大，黏性土層也隨之被釋水壓密，引起地面沉降。

2.2 突發性地質災害

2.2.1 崩塌

狼山地區崩塌地質災害形成條件主要為早期開山采石形成的高陡邊坡。主要分布于5 座山的山體周邊，為無臺階斜坡式開采，留了較多的陡峻斜坡面。這類斜坡往往坡度較大，一般在60°，坡面高，多為10～50 m 不等［4］。坡體巖性泥盆系五通群砂巖，性脆，層間裂隙和垂向卸荷裂隙發育，加上開采爆破活動增加了坡體巖層的裂隙發育程度，為崩塌的發生創造了有利條件［5］。后期，一些依山而建的景區設施、企業單位在山體邊切坡蓋房，切坡較陡，房屋緊靠坡體，且無任何工程措施支護，發生崩塌，易對房屋產生極大的危險。

2.2.2 滑坡

地形地貌是區內滑坡形成的主要條件之一。縱觀區內滑坡分布特征，皆發生在低山區，從地形條件看，主要分布在地形坡度＞20°的區域。人工切坡和坡體上部人類活動加載是導致滑坡發生的主要原因。原始山坡經歷了千百萬年的演化，基本上達到了一種相對平衡狀態。區內修建道路或建造房屋時切坡及開山采石活動打破了原有土體的自然平衡狀態，形成陡立的臨空面，破壞了斜坡的穩定性，在一定內外因條件下即可產生滑坡。降雨是滑坡主要誘發因素［6］，降雨時地表徑流一部分流向坡下，還有一部分沿巖土體縫隙（巖體節理裂和土體的孔隙等）向下滲入到巖土體內部，使其含水量增加，在重力作用下，坡體下滑力隨之增大，同時入滲雨水還會降低結構面的抗剪強度，易導致滑坡發生。

根據調查結果，區內發生的滑坡均發生在汛期的6—8 月份。據軍山觀測站資料，2016 年6—8 月降雨量982.5 mm，2017 年同期降雨量為613.9 mm。滑坡的產生、發展直至滑落是受滑面坡度、降雨強度（降雨量及持續時間）、地下水、地表水以及人類不當活動等多種因素共同作用的結果。

2.3 特殊類巖土（軟土、砂土）災害

2.3.1 軟土

軟土的工程性質主要是含水量高，孔隙比大，具高壓縮性，滲透性差，排水固結緩慢，沉降延續時間長。軟土呈軟塑～流塑狀，天然強度低。導致軟土具有如下5 個特征。

（1）觸變性：當原狀土在施工過程中受到擾動后，土體中原有的結構連接極易遭到破壞，土的強度會迅速降低，使土體很快變成稀釋狀態。軟土的靈敏度一般較大，因此當軟土地基受振動荷載后，易產生側向滑動、加速沉降現象。觸變性可用靈敏度St 表示，調查區軟土的靈敏度一般在2.3～3.3，屬中靈敏性。軟土地基受振動荷載后，易產生側向滑動、沉降等現象。

（2）流變性：在長期荷載作用下，除產生排水固結引起的變形外，還會發生緩慢而長期的剪切變形。這對建筑物地基沉降有較大影響，對堤岸、碼頭和地基穩定性不利。

（3）高壓縮性：軟土是屬于高壓縮性的土，壓縮系數大，具體反映在建筑物建成后引起較大的地基下沉，且沉降時間較長。

（4）低透水性：軟土透水性能弱，對地基排水不利，反映在建筑物沉降延續時間長。同時，在加載初期，地基中常出現較高的孔隙水壓力，影響地基強度。

（5）不均勻性：由于沉積環境的變化，土質均勻性差，常夾有粉土和粉砂薄層，具有明顯的微層理構造。軟土水平方向性質差異一般不明顯，垂直方向上結構差異較大，非均布荷載作用時易產生較大差異沉降。

因此，在軟土地基上進行工程建設，開挖擾動可能產生滑動坍塌，荷載作用下可能產生整體或差異沉降，軟土層厚薄不一而引起不均勻沉降，造成建筑物傾斜損壞等問題。

2.3.2 砂土

本區由砂土引發的地質災害主要是震動液化和滲透變形。

震動液化是指飽和粉砂、粉土在地震動荷載作用下，因孔隙水壓力驟增，導致砂土結構破壞，呈出液化狀態的現象。本區砂土產生地震液化的內因主要是土的結構類型，外因是一定強度的地震活動，二者缺一不可。此外，人為強烈震動如樁基礎振動沉樁也可以產生局部的砂土液化，造成樁位移動問題，影響范圍較小。

砂土滲透變形是指飽和粉砂、粉土因水力坡度在滲透水流作用下產生的流動現象。區內砂土滲透變形機理是：飽和粉砂、粉土因水力坡度在滲透水流作用下產生的流動現象，即流砂。

3 地質災害危害性分析

3.1 地面沉降

過量開采松散堆積物中的地下水引起的地面沉降是一種區域性緩變性地質災害，一旦發生不可逆轉，其危害主要表現為以下6 個方面。

（1）造成地面高程的損失，地面沉降減小了的地面高程，造成一些重要工程的設計基準失去現實依據，不得不人為墊高地基或預留設計高程來達到設計要求，為此產生較大的工程費用。

（2）引發洪澇災害，地面沉降的最顯著危害是導致防洪能力降低，洪澇災害加劇，防洪排澇投入增加。為了抵御淹沒風險，低洼地區防洪堤、路基等需不斷加高。

（3）造成地面建筑物的破壞，在地面沉降嚴重地區，甚至出現地裂縫現象。目前南通暫時還沒有發現使建筑物發生傾斜、破損，嚴重危及居民的生命財產，影響社會的穩定的現象。

（4）影響河道運輸業，地面沉降使橋梁凈空減小，易使河道淤積，影響河道運輸業的發展，甚至使部分河道失去通航能力。

（5）導致地下公用設施的破壞，作為城市基礎設施的測量控制系統（如水準點）失效，進而導致城市建設過程中各項成本的增加。另外，沉降直接威脅城市生命線工程，造成地下管線、道路交通、電力線路等在內的公共保障設施受損直至破壞。

（6）加速水土污染、促成生態環境惡化，在局部地面沉降洼地形成地面滯水區水系紊亂，地表水流不暢，水土污染加重，生態環境惡化。

3.2 突發性地質災害

突發性地質災害有瞬時性、突發性，當災害來臨時在影響區范圍內可能因來不及撤離傷及相關人員。突發性地質災害發生推倒構筑物基礎、墻體造成其結構性破壞，形成危房，甚至發生倒塌造成巨大人身財產損失。發生突發性地質災害有時會造成交通中斷。如交通道路阻塞，摧毀橋梁、阻塞河道等，造成車輛、船舶損毀，供電、通信設施中斷等。突發性地質災害發生時立即影響人類生存環境，如水源污染、水利設施破壞、形成堰塞湖等。發生地質災害，對地區經濟發展有直接間接損失，如工業、農業、旅游業、物流業等。

南通五山地區早期為開山采石形成山體周邊陡立的巖坡，改變和破壞了山體周邊坡體原來的自然平衡，雖后期關停所有采場，但隨著地質環境的惡化，如山體的自然風化、景區規劃建設道路和修建房屋等，仍然會產生突發性的滑坡和崩塌災害。初步統計，上述因素引起的滑坡、崩塌災害共有73 處，造成的直接經濟損失約500 萬元，潛在經濟損失達1 億元。

3.3 特殊類巖土（軟土、砂土）災害

特殊類巖土（軟土、砂土）災害的危害主要表現在工程建設過程中，工程建設施工對土體結構破壞和動、靜荷載作用改變了原有的應力狀態，可能引發特殊類巖土（軟土、砂土）災害。

3.3.1 軟土

區內軟土含水率高、孔隙比大，具觸變性、流變性、高壓縮性、低透水性、不均勻性，在人類工程活動作用下，極易產生擠壓變形、蠕動等地質災害，對工程建設產生不利影響。主要表現為：軟土地基受振動荷載后，易產生側向滑動、沉降等現象；建筑物建成后引起的較大的地基下沉，且沉降時間較長；同時，在加載初期，地基中常出現較高的孔隙水壓力，影響地基強度；在長期荷載作用下，除產生排水固結引起的變形外，還會發生緩慢而長期的剪切變形，極易出現垂直方向上結構差異較大，非均布荷載作用時易產生較大差異沉降，對堤岸、碼頭和地基等穩定性產生不利影響。

3.3.2 砂土

區內地下水位埋藏淺，承壓水頭較高，深基礎開挖可能引發突涌現象，造成基坑失穩，基坑邊坡滑動坍塌等地質災害，對工程施工產生一定影響。在地下水埋藏較淺的低平原區進行基礎開挖時，在水頭差作用下，飽和粉砂、粉土易產生懸浮滲流現象，即流砂。如果防治措施不當，流砂發展結果引發基礎變形、不均勻沉降，基坑邊坡坍塌等地質災害，對工程施工產生一定影響。

砂土液化常伴隨有大規模的地面沉降形變、滑塌、地裂和噴水、冒砂，造成建筑、道路、農田及各種工程破壞與失效，給國計民生帶來嚴重損失，因而對此應予以足夠重視。地震砂土液化常伴有地面沉降變形、滑塌、地裂和噴水、冒砂現象，造成各種工程設施損壞。

4 地質災害防治措施

4.1 地面沉降

加強地下水、地面沉降災害動態監測；加強地下水開采活動的監督、管理，根據地下水位、地面沉降發展變化趨勢，采取地下水禁采、限采等措施；合理開采地下水，并積極開展地下水的回灌研究，擴大地下水的補給來源，防止地下水位下降；城鎮規劃和項目建設中，應考慮地面沉降因素，適當提高地基高度，并預留沉降量；加強城鎮市政排水系統建設，防止地面沉降后發生嚴重的洪澇災害；開展地質災害危險性評估工作［7］，嚴格審批程序。

4.2 突發性地質災害

建立完善的地質災害群測群防網絡體系［8］，加強崩塌、滑坡災害的群測群防；加強區內工程活動的監督、管理；分期開展地質災害勘查設計工作，實施崩塌、滑坡災害治理工程，嚴格工程建設活動的審批程序，禁止在該區域新建工程。

4.3 特殊類巖土（軟土、砂土）災害

根據巖土體的發育分布特征，科學規劃城鎮、開發區等的布局和空間結構；開展地質災害危險性評估工作，嚴格審批程序；加強工程建設活動的監督、管理，根據具體建（構）筑物的布局和結構，采取不同的防治措施。

5 結論與建議

（1）南通城區地質災害類型主要為緩變性地質災害地面沉降，突發性地質災害滑坡、崩塌以及與工程建設密切相關的特殊類巖土（軟土、砂土）災害。

（2）地質災害的形成條件主要為自然因素、人為因素兩者綜合作用的結果。南通城區地面沉降災害全域均有分布，主要與長期大量開采地下水密切相關；突發性地質災害滑坡和崩塌僅在狼山地區分布，外在誘發因素主要為降雨和人類工程活動；特殊類巖土（軟土、砂土）全區均有分布，人類工程活動條件下易對工程建設產生不利影響。

（3）建議根據各種災害類型的發育特征及形成條件，建立重點地質災害防治區初步建成防災減災體系，使人為引發的地質災害加劇的趨勢得到有效控制。調查區內突發性地質災害發育現狀、規模，并對重點地質災害點開展治理措施。使區內地面沉降發展的趨勢得到有效控制。

（4）建議南通城區完善狼山地區地質災害監測體系，加強市、區和景區三級地質災害監督管理體系和群專結合的地質災害監測預報體系建設。