复合土工膜心墙结构包括垫层和复合土工膜，复合土工膜由“二布一膜”组成，即两层土工织物和一层土工膜，位于上、下垫层之间。
1、正常蓄水期，由于在水压力作用下，应力和变形都呈不对称分布，基本发生在作用面附近。坝体和复合土工膜都在水位以上部位向上游移动表现为拉应力，水位以下依然受压，且向下游移动。坝底大主应力出现了局部受拉，复合土工膜在与坝基或山体连接的部位出现了局部受拉，坝体和复合土工膜小主应力仍然受压。
2、加8度地震作用后，在地震作用下拉应力区范围扩大，坝体拉应力主要分布在堆石区主要部位，复合土工膜 依然出现在与相邻构件连接的部位，变形在水平方向坝体连同心墙整体移向下游，而竖直方向都出现了上抬现象。
3、正常蓄水期及加8度地震作用后，坝体和复合土工膜都从初始的受压状态依次出现了拉应力，受外界荷载的干越大，受拉区的范围越大，且拉应力越大。复合土工膜在连接部位出现了明显的应力集中现象；变形由最初的整体沉降变形转化为局部水平和整体水平及上抬现象，且膜的变形主要依附于坝体的变形。与无膜情况相比，复合土工膜在很大程度上抑制了坝体的应力和变形，不仅起到防渗作用，而且对坝体的应力变形有很大的改善。
4、复合土工膜端部出现应力集中的现象在工程中经常遇到，固定复合土工膜的端部使其能满足工程的需要，而又使其端部不至于产生过大的集中应力，需要进一步的研究。由此可见，复合土工膜在坝体中不仅起到防渗作用，还能够抑制对地震力作用下坝体和心墙应力变形，从而保证了堆石坝的安全稳定。