土质心墙的材料包括黏土、壤土、砾质土等。

20世纪中叶，现代土力学理论中关于土体物理特性、力学特性，以及不同土体间渗透特性的研究推动了土质心墙堆石坝分区设计的发展。20世纪60年代后，各种碾压机具的广泛应用，进一步促进了土质心墙堆石坝的发展。1968年，美国建成坝高235米的奥罗维尔（Oroville）土质心墙堆石坝；1975年，土耳其建成了坝高210米的凯班（Keban）土质心墙堆石坝；1981年，墨西哥建成了坝高261米的奇克森（Chicoasen）土质心墙堆石坝；1980年，苏联（现塔吉克斯坦）建成了世界上最高的努列克（Nurek）土质心墙堆石坝，坝高300米。中国的土质心墙堆石坝建设始于20世纪50年代，历经半个多世纪，已建成了多座坝高超过100米的高坝，包括石门大坝（133米）、陕西石头河坝（114米）、云南鲁布革坝（103.8米）等。2000年建成的河南黄河小浪底大坝（坝高160米）和2010年建成的四川瀑布沟大坝（坝高186米）均为建于深覆盖层上的高坝，是中国的土质心墙堆石坝从100米级坝高向200米级坝高跨越的里程碑工程。

土质心墙堆石坝根据防渗心墙在坝体中的位置，可分为直心墙和斜心墙两种形式。直心墙通常位于坝体横断面的轴线位置，采取上、下游坡度相同的梯形断面形式。斜心墙顶部位于坝轴线附近，断面倾向上游，上游坡度相对较缓，下游坡度相对较陡。土质心墙堆石坝的断面通常由上、下游透水坝壳，土质心墙，以及心墙上、下游侧的反滤和过渡等材料分区组成（图1、图2）。

图1 直心墙堆石坝

图2 斜心墙堆石坝

土质心墙堆石坝特点：①一般具有较宽大的体型，坝体的稳定性较好，安全性高，是适用于高坝的坝型之一。②土质心墙堆石坝对于坝址各种不利的地形和地质条件具有较好的适应性。③筑坝材料可充分利用工程场区的当地土石料，具有很好的经济性。④在大坝的施工上，现代的土质心墙堆石坝可充分利用大型施工机械进行快速施工，但土心墙的填筑施工会受到雨季和严寒冰冻的影响，需采取特殊措施予以克服。

土质心墙堆石坝对坝基的要求不高，岩基和砂卵砾石地基均可采用此坝型。对砂砾石覆盖层，在没有软弱黏性土或易液化的粉细砂夹层的情况下，对岩石地基，在清除全风化及（或）部分强风化后，其承载力和稳定性均足以满足土质心墙堆石坝的筑坝要求，坝基处理的主要任务是渗流控制。

砂砾石地基渗流控制的基本形式包括上游水平铺盖、坝底各种垂直防渗和下游反滤排水减压。对高坝，一般均采用垂直防渗设施，并配合下游渗流出逸处的反滤排水，以保护地基或大坝土体不受渗流破坏。在有条件时，可利用一些泥沙淤积、天然黏土层等作为辅助措施。

当岩石地基内存在透水性较大的地层、有可冲蚀物质充填的断层裂隙、溶蚀裂隙或洞穴等地质缺陷时，通常需进行帷幕灌浆或帷幕灌浆结合固结灌浆进行处理。

土质心墙堆石坝的设计主要包括筑坝材料的选择和断面分区的布置。筑坝材料重点是心墙防渗土料选择。土质心墙土料要求具备低渗透性、较低的压缩性和一定的强度指标。对于高坝，通常选用砾质土作为心墙材料，以满足心墙变形特性和强度特性的要求。心墙上、下游侧的坝壳材料通常为透水性较好的粗颗粒材料，要求具有低压缩性和高强度，可以为心墙提供可靠的支撑，并保持坝体总体稳定。坝壳材料的选择需考虑其变形与心墙变形的协调，以避免心墙产生裂缝。在心墙与坝壳之间，必须设置可靠的反滤和过渡层，以保证心墙的渗流安全。