目前地下工程的計算還沒有完整可靠的理論，實測技術也沒有得到廣泛應用。因此，在解決某工程黃土洞穴問題時，我們遵照毛主席的指示，從調查研究入手，以成功的實踐經驗為出發點，采用工程地質比較法。該方法是將黃土洞穴的工程地質條件與擬建場地的工程地質條件進行仔細對比，從而預測擬建黃土洞穴的施工。因此，我們對遺址附近的黃土窯洞進行了調查，探索民間長期建設和利用窯洞為社會主義建設服務的經驗。我們先後觀測了150個黃土洞穴，其中114被詳細調查。
二、工程地質
(1)地形
從大地貌上看，該區位於六盤山以西的黃土丘陵區，相對高差50 ~ 150 m..從小地貌上看，主要以梁的形式出現，與大小河流形成幾個河谷盆地。壹般可分為兩個地貌單元，即黃土梁區和河谷平原區。前者地勢平緩，坡度壹般在15° ~ 25°之間，從盆地邊緣向盆地中心傾向減緩，僅沖溝兩側有垂直陡壁。後者是壹個平坦的山谷平原，在兩個階地的接觸處有垂直的陡坎。在溝壑兩側與階地的接觸處，往往是民間黃土洞穴的所在地。
(2)地層
1)黃土梁地區有相同成因類型、相同層位的風積物——坡積新黃土。根據工程地質特征，新黃土自上而下可分為三層:
A.新黃土上層:淺黃色，有明顯的大孔隙、蟲洞和植物根孔，質地均勻，結構松散，含粉土、蝸牛化石及其碎屑，抗水侵蝕能力低，常形成洞穴。當地村民稱之為“沙粘土”。該層隨黃土梁的坡度而變化。其下部壹般有2 ~ 3m的明顯坡度，層理坡度壹般在100 ~ 20之間。是黃土梁上最年輕的堆積物，全部出露地表。厚度壹般在7 ~ 10m之間。
這壹層雖然土質最差，但是地表覆蓋，所以還是有少數洞穴分布在裏面。但是，它的跨度壹般很小。有時洞穴裏會有各種各樣的小裂縫。
B.新黃土中層:褐黃色，具大孔隙、蟲孔和植物根孔，質地均勻，結構致密，節理發育，抗水蝕能力強，溶洞不易形成。含有白色結晶鈣和其他物質。在這壹層的上部，這些物質分布較多，在植物根孔和蟲洞中具有明顯的滴水特征。當地村民稱之為“雞糞”。在這壹層的下部，顏色變為淡黃色，垂直節理發育，鈣含量減少。下面有明顯的薄層斜坡沈積，層間常有白色鈣質沈積。這壹層也隨著黃土的坡度而變化。總厚度壹般在6 ~ 13m之間。
該層土質較新黃土上層好，常有陡壁裸露，故其內多溶洞。然而，該層中的節理通常會促進洞穴中裂縫的發展。
C.下層新黃土:暗黃色，含少量大孔，結構致密，黑色物質，節理發育。這壹層的下部常夾有壹薄層沙子和小礫石及透鏡體。揭露厚度壹般在5 ~ 12m之間。
該層土質好於上層新黃土、中層新黃土和沖積黃土，但埋藏於地下較深，出露較少，故分布於其中的溶洞不多。該層中特別發育的節理成為洞穴破裂的主要因素。
2)沖積成因的黃土分布於河谷平原。灰黃色，具大孔隙、蟲孔和植物根孔，結構致密，巖性多樣，層理明顯，含薄粘土層和灰黑色土層。下部有砂卵石夾層和透鏡體。厚度壹般在8 ~ 15m之間。
該層土壤質量比新黃土下層差，但比新黃土上層和新黃土中間層好。它有古老河床的陡峭河岸。再加上居民用水方便，其中分布的洞穴最多。在該層的洞穴中，土塊和土塊沿地面掉落是壹種常見現象。
(3)顆粒成分和物理力學性質
1.粒子組成
黃土的顆粒組成見表1。這三層新黃土的顆粒成分非常相似。只有沖積黃土粘土減少，沙土增加。
表1黃土的顆粒組成
2.物理性能
黃土的物理性質如表2所示。三層新黃土和沖積黃土的密度、液限和塑限基本相似。但它們在含水率、空隙率、容重等指標上有所不同。從密實度來看，下層新黃土最密實，中層新黃土次之，沖積黃土次之，上層新黃土最疏松。從含水量來看，中層新黃土最多，上層新黃土次之，沖積黃土次之，下層新黃土最少。
表2黃土的物理性質
3.機械性能
黃土的力學性質見表3。三層新黃土和沖積黃土的力學性質不同，主要物理性質也不同。特別是在壓縮性和潰散性方面。其數量特征是下層新黃土小，中層新黃土居中，上層新黃土和沖積黃土大。但在目前評價溶洞的計算指標——黏聚力和內摩擦角方面並不明顯。這也說明單純基於指標的評價方法是片面的，不能反映客觀情況。
表3黃土的力學性質
(4)水文地質條件
在黃土梁地區，根據私井觀測，地下水埋深壹般在盆地中心附近8 ~ 12m之間。黃土層中的潛水，屬於大氣補給，往往在盆地中央的沖溝兩側以下降泉的形式排泄，匯成小而緩的水流。水量很少。在盆地邊緣，25米深度內沒有發現地下水。
在河谷平原，沖積層中的含水層通常不富含水，只能供居民飲用。
(5)物理和地質現象
這個地區的物理和地質現象非常發育。尤其是在黃土梁地區。其主要特點如下:
黃土的巖溶現象是完整的，包括碟形地、塌陷、黃土橋等。場區內有三處碟形地，其中壹處直徑為18m，深度為1.5m，其他有坑洞、涵洞、黃土橋等。，壹般可見於沖溝兩側與階地的接觸處。
黃土沖溝往往較小，溝壁垂直，但高度不大，壹般在8和8~25m m之間，黃土沖溝的分布寬度壹般較小。
黃土滑塌常見於沖溝兩側和階地接觸處。例如，在盆地中部的主沖溝的兩壁上，潛水暴露的地表上往往有許多階梯狀的滑坡。滑坡的速度也相當可觀。例如，1965年4月4日的壹場雨雪後，在場地壹側的沖溝邊緣看到壹條15cm的新舊痕跡的滑坡。在梯田的陡坎和沖溝的主墻下，經常會遇到很多坍塌的物質。由於沖溝不大，梯田也不高，所以無論是滑坡還是崩塌，從規模上看，壹般都不大。
三、黃土洞穴的選址
(壹)壹般選擇
黃土洞穴按用途可分為居住、飼養牲畜、磨粉、儲料等幾種類型。
民居窯洞多位於黃土梁、梯田的陽坡上，即黃土梁、梯田的南側或東側。其他大部分洞穴也是這樣。選擇陽坡的好處是日照好，日照長，溫暖幹燥，風沙少。
(二)地貌的選擇
不同地貌單元的黃土洞穴分布不同。在黃土梁地區，壹般分布在梁的坡腳和沖溝兩側。在河谷平原，多在二級階地的陡坎處。這是因為村民為了減少土方工作量，選擇了天然陡壁。但也經常出現崩塌、塌陷等不良物理地質現象。因此，村民應該在這裏選擇壹個更好的位置，並盡量避免不良的物理和地質現象。然而，由於選擇不當，壹些洞穴受到這些現象的破壞。
(3)地質選擇
黃土洞穴的地質選擇從表4中可以清楚地看出:
1)黃土洞穴的幾何特征因黃土結構和土壤條件而異。
2)根據表4中的幾何尺寸，新挖掘的黃土洞穴壹般是成立的。
3)就挖坑而言，下層新黃土最好，其次是沖積黃土，中層新黃土，上層新黃土。
表4黃土洞穴的幾何特征與黃土地層的關系
這些法律的出現，反映了老鄉們積累了豐富的黃土窯洞修建經驗。他們在決定洞穴的跨度、高度等幾何尺寸時，總是結合使用要求仔細考慮地質條件。
四、黃土洞穴的斷面形狀和洞口的處理。
(壹)截面形狀
截面的高度和寬度大多不相等。情況如表5所示。壹般來說，大跨度的寬度大於高度。反之，如果跨度小，則寬度小於高度。
表5黃土洞穴橫截面高度與寬度的關系
橫截面的形狀是不規則的。這主要是村民在挖掘時根據自己的經驗進行目測。但總的來說，它的基本形式接近雙心圓拱。村民稱之為“貝殼形”拱門。其他的接近拋物線或橢圓形。
縱剖面的形狀也是不規則的。通常挖成兩頭小中間大。
(2)孔的處理
黃土洞穴的洞口最容易坍塌。在我們的調查中有兩個這樣的案例。這是因為洞口不僅受不利力量的影響，還受氣候等因素的影響。洞口直接暴露在大氣中，溫度忽高忽低，濕度忽幹忽濕，又凍又融。再加上生物和化學作用，這些都會加速土壤的分化和破壞，造成孔洞的不穩定。因此，村民們不得不在某種程度上處理這個洞。
在這個地區，有四種方法來對付老鄉:
1)洞稍微挖壹下，裏面會放大。平面形狀如圖1所示。
2)洞口用土坯砌築加固(圖2)。
建築工程地下基礎的區域性研究
3)洞口應用草泥抹平。
4)將孔做成壹定角度的斜坡。
這四種方法有時會結合使用。
五、黃土洞穴的破壞及加固措施。
(壹)黃土洞穴破壞的類型及其原因
黃土洞穴的破壞可歸納為以下幾種類型:
1)拱頂沿縱向出現裂縫。裂縫寬度為2 ~ 10 mm .當孔的橫截面形狀為雙心圓弧時，這種現象幾乎總是出現在兩圓弧的交界處。據分析，造成這種現象的原因有兩個:壹是截面形狀突變，沒有平滑過渡的線段，因應力集中而開裂；二是洞穴開挖後，土壤暴露在大氣中，失去水分，產生收縮裂縫。這種現象在新黃土上層的洞穴中最為常見。
2)洞壁不規則裂縫。裂縫寬度為1 ~ 4 mm，這些裂縫有的是原縫裂縫，有的是收縮裂縫。幹縮裂縫村民稱之為“風爆”。這種現象常見於新黃土中、下層的洞穴中。
3)滴土塊。落土塊的現象有的發生在側墻，有的發生在拱部。村民稱前者為“滑”，後者為“跌”。據調查，拱部土塊較多，側墻土塊較少。導致土塊掉落的因素有很多。這些因素是:力的作用、關節的存在和氣候的影響。在挖掘過程中和挖掘後的短期內，前壹個因素是主要因素，在長期使用過程中，後壹個因素是主要因素。但是，關節作為內在因素的存在總是起著決定性的作用。這種現象在節理發育的新黃土的下層和中層最容易見到。
4)冒頂。冒頂是指拱頂不斷壹個壹個地落下土塊，直到突破屋頂，或者整個拱頂壹下子坍塌。這兩種情況比較少見，我們在調查中只遇到過壹例。前者由於洞頂覆蓋層為水平層理較薄的黃土，即水性黃土(老鄉稱之為“片片土”)，覆蓋層厚度很薄(不到2m)，所以我們看到的現狀就像壹個底部已經穿透的鍋。據老鄉介紹，後者坍塌的原因有四:覆土厚度薄，只有2m左右；洞頂有個鼠洞，裏面灌滿了雨水；洞頂有根；地震作用(1920地震時倒塌)。
壹般來說，裂縫是最常見的洞穴破壞類型，其次是土塊，冒頂極為罕見。洞內裂縫和土塊比洞內嚴重，很多洞穴因為洞口坍塌而無法使用。
(二)黃土洞穴加固及保護措施
大部分黃土洞穴都沒有襯砌。為了防止“風爆”，村民們壹般會用草泥巴在臉上貼膏藥。據說效果很好。具體做法是:挖掘洞穴時，洞壁不平整，修成條狀，使草泥粘不上；草泥抹3 ~ 4遍，每遍厚度10 ~ 15 mm，底層較厚；第壹層草泥要用長度為150 ~ 200mm的麥稭，盡可能多的麥稭(以能操作為度)；二、三層用長度為30 ~ 50 mm的麥稭；面層抹細泥，打磨或抹白灰。
對於局部沿節理脫落的較大土塊，村民往往用木柱作為支撐進行局部加固。
村民們非常註重洞頂地表徑流的處理，因為這裏的新黃土上層自重濕陷性大。我們調查了壹個位於新黃土上層和新黃土中層之間的洞穴。由於排水不當，1964的壹場大雨，使得洞頂松軟坍塌。處理方法是:將水引離洞口，排幹；修建截水溝、土埂等。
不及物動詞結論
1)黃土洞穴的幾何特征與黃土的地貌、地層、結構和物理力學性質密切相關。因此，只有在工程地質綜合分析的基礎上，才能更好地利用黃土洞穴的經驗。
2)按表4中的壹般值確定黃土洞穴的幾何尺寸是沒有問題的，但作為工業建築洞穴，應采取附加措施，如采用無應力防護襯砌或半應力襯砌。
3)黃土洞穴的橫截面形狀基本上接近壹個雙心圓拱。
4)洞口段穩定性差，最容易坍塌。因此，應減小洞口段跨度，或采取加強襯砌等措施。
5)黃土中層理和節理的存在，以及開挖引起的力的影響，是造成黃土洞穴開裂、掉塊和冒頂的主要因素。
6)黃土洞穴易被水破壞。因此，要防止洞頂、坡面、天井積水，以免浸濕窯洞周圍的黃土，造成土崩。
(本文原載:黃土地下建築技術資料匯編，國家建委建築科學研究所技術信息處，1972，11 ~ 165頁；作者還有秦寶九)