0.2 土木工程的发展
人类出现以来，为了满足住和行以及生产活动的需要，从构木为巢、掘土为穴的原始操作开始，到今天能建造摩天大厦、万米长桥，以至移山填海的宏伟工程，经历了漫长的发展过程。土木工程的发展与社会、经济的发展有密切联系，但对土木工程的发展起关键作用的，首先是作为工程物质基础的土木建筑材料，其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就会有飞跃式的发展。
为便于叙述，将土木工程发展史划为古代土木工程、近代土木工程和现代土木工程三个时代。以17世纪工程结构开始有定量分析，作为近代土木工程时代的开端；把第二次世界大战后科学技术的突飞猛进，作为现代土木工程时代的起点。
人类最初居无定所，利用天然掩蔽物作为居处，农业出现以后需要定居，出现了原始村落，土木工程开始了它的萌芽时期。随着古代文明的发展和社会进步，古代土木工程经历了它的形成时期和发达时期，不过因受到社会经济条件的制约，发展颇不平衡。古代土木工程最初完全采用天然材料，后来出现人工烧制的材料，这是土木工程发展史上的一件大事。古代的土木工程实践应用简单的工具，依靠手工劳动，并没有系统的理论，但通过经验的积累，逐步形成了指导工程实践的规则。古代的无数伟大工程建设，是灿烂古代文明的重要组成部分。
17世纪以后，近代自然科学的诞生和发展，是近代土木工程出现的先声，是它开始在理论上的奠基时期。17世纪中叶，伽利略开始对结构进行定量分析，被认为是土木工程进入近代的标志。从此土木工程成为有理论基础的独立的学科。18世纪下半叶开始的产业革命，使以蒸汽和电力为动力的机械先后进入了土木工程领域，施工工艺和工具都发生了变革。近代工业生产出新的工程材料——钢铁和水泥，使得土木工程发生了深刻的变化。第一次世界大战后，近代土木工程在理论和实践上都臻于成熟，可称为成熟时期。近代土木工程几百年的发展，在规模和速度上都大大超过了古代。
第二次世界大战后，现代科学技术飞速发展，土木工程也进入了一个新时代。现代土木工程所经历的时间尽管只有几十年，但以计算机技术广泛应用为代表的现代科学技术的发展，使土木工程领域出现了崭新的面貌。现代土木工程的新特征是工程功能化、城市立体化和交通高速化等。土木工程在材料、施工、理论三个方面也出现了新趋势，即材料轻质高强化、施工过程工业化和理论研究精密化。
土木工程具有综合性、实践性、社会性等属性，牵涉面十分广阔，下面就土木工程发展史的某些侧面作概略的描述。
0.2.1 古代土木工程
古代土木工程的历史跨度很长，大约从新石器时代（约公元前6000—前5000年）到17世纪中。早期的古代工程所使用的材料主要取自天然，如泥土、石块和树干等，所使用的施工工具也很简单，如石斧、石刀和石夯等。从公元前1000年开始，砖、瓦、木材、青铜和铁等材料逐渐被运用于土木工程中，施工工具除了青铜和铁制的斧、凿、钻、锯和铲等工具外，还出现了一些简易器械，如打桩器械和起重器械等。
古代土木工程在设计上主要依靠经验，还没有形成完整的理论体系，仅有的少数土木工程著作多为经验总结和外形设计描述，如我国公元前5世纪的《考工记》、北宋时期李诫编写的《营造法式》、明代的《鲁班经》以及意大利的阿尔伯蒂在文艺复兴时期编写的《论建筑》等。古代土木工程虽然在理论和技术还十分简朴，但是仍有许多工程令人叹为观止，有些工程即使从现代的眼光去审视也是非常伟大的，如古埃及的胡夫金字塔（图0.1），古罗马斗兽场（图0.2），古希腊的帕台农神庙（图0.3），中国的万里长城（图0.4）、赵州桥（图0.5）和都江堰（图0.6）等。
图0.1 古埃及的胡夫金字塔
图0.2 古罗马斗兽场
图0.3 古希腊的帕台农神庙
图0.4 中国的万里长城
图0.5 中国的赵州桥
图0.6 中国的都江堰
【知识链接】 都江堰是著名的古代水利工程，位于四川省成都平原西部的岷江上，今都江堰市城西。岷江是长江上游的一条较大的支流，发源于四川北部高山地区。每当春夏山洪暴发的时候，江水奔腾而下，从灌县进入成都平原，由于河道狭窄，古时常常引起洪灾，洪水一退，又是沙石千里。而灌县岷江东岸的玉垒山又阻碍江水东流，造成东旱西涝。秦昭襄王五十一年（公元前256年），李冰任蜀郡太守，他为民造福，排除洪灾之患，主持修建了著名的都江堰水利工程。都江堰的主体工程是将岷江水流分成两条，其中一条水流引入成都平原，另外一条则汇入长江，这样既可以分洪减灾，又达到了引水灌田、变害为利。都江堰水利工程最主要部分为都江堰渠首工程，这是都江堰灌溉系统中最关键、最重要的设施。都江堰渠首工程主要由鱼嘴分流堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口引流工程三大部分组成。它科学地解决了江水的自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，三者首尾相接、互相照应、浑然天成、巧夺天工。
都江堰是当今世界年代久远、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。它不仅是中国水利工程技术的伟大奇迹，也是世界水利工程的璀璨明珠。它充分利用当地西北高、东南低的地理条件，根据江河出山口处特殊的地形、水脉、水势，乘势利导，无坝引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共为体系，保证了防洪、灌溉、水运和社会用水综合效益的充分发挥。它最伟大之处是建堰2260年来经久不衰，而且发挥着越来越大的效益。都江堰的创建，以不破坏自然资源，充分利用自然资源为人类服务为前提，变害为利，使人、地、水三者高度协和统一，是全世界迄今为止仅存的一项伟大的“生态工程”。开创了中国古代水利史上的新纪元，标志着中国水利史进入了一个新阶段，在世界水利史上写下了光辉的一章。都江堰水利工程，是中国古代人民智慧的结晶，是中华文化划时代的杰作。
古代土木工程的发展大体上可分为萌芽时期、形成时期和发达时期。
1.萌芽时期
这时期的土木工程还只是使用石斧、石刀、石锛、石凿等简单的工具，所用的材料都是取自当地的天然材料，如茅草、竹、芦苇、树枝、树皮和树叶、砾石、泥土等。掌握了伐木技术以后，就使用较大的树干做骨架；有了煅烧加工技术，就使用红烧土、白灰粉、土坯等，并逐渐懂得使用草筋泥、混合土等复合材料。人们开始使用简单的工具和天然材料建房、筑路、挖渠、造桥，土木工程完成了从无到有的萌芽阶段。
2.形成时期
随着生产力的发展，农业、手工业开始分工。大约自公元前3000年，在材料方面，开始出现经过烧制加工的瓦和砖；在构造方面，形成木构架、石梁柱、券拱等结构体系；在工程内容方面，有宫室、陵墓、庙堂，还有许多较大型的道路、桥梁、水利等工程；在工具方面，美索不达米亚（两河流域）和埃及在公元前 3000年，中国在商代（公元前16—前11世纪），开始使用青铜制的斧、凿、钻、锯、刀、铲等工具。后来铁制工具逐步推广，并有简单的施工机械，也有了经验总结及形象描述的土木工程著作。公元前5世纪成书的《考工记》记述了木工、金工等工艺，以及城市、宫殿、房屋建筑规范，对后世的宫殿、城池及祭祀建筑的布局有很大影响。
公元前3世纪中叶，在今四川灌县，李冰父子主持修建都江堰，解决围堰、防洪、灌溉以及水陆交通问题，是世界上最早的综合性大型水利工程。
春秋战国时期，战争频繁，广泛用夯土筑城防敌。秦代在魏、燕、赵三国夯土长城基础上筑成万里长城，后经历代多次修筑，留存至今，成为举世闻名的建筑。
埃及人在公元前 3000年进行了大规模的水利工程以及神庙和金字塔的修建，这些工程建筑上计算准确，施工精细，规模宏大，积累和运用了几何学、测量学方面的知识，使用了起重运输工具，组织了大规模协作劳动。
3.发达时期
由于铁制工具的普遍使用，提高了工效；工程材料中逐渐增添复合材料；工程内容则根据社会的发展，道路、桥梁、水利、排水等工程日益增加；专业分工日益细致，技术日益精湛，从设计到施工已有一套成熟的经验，具体表现为：①运用标准化的配件方法加速了设计进度，多数构件都可以按“材”或“斗口”“柱径”的模数进行加工；②用预制构件，现场安装，以缩短工期；③统一筹划，提高效益，如中国北宋的汴京宫殿，施工时先挖河引水，为施工运料和供水提供方便，竣工时用渣土填河；④改进当时的吊装方法，用木材制成绞磨等起重工具，可以吊起300多t重的巨材，如三台的雕龙御路石以及罗马圣彼得大教堂前的方尖碑等。
0.2.2 近代土木工程
从17世纪中叶到20世纪中叶的300年间，是土木工程发展史中迅猛发展的阶段。这个时期土木工程的主要特征是：在材料方面，由木材、石料、砖瓦为主，到开始并日益广泛地使用铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土，直至早期的预应力混凝土；在理论方面，工程力学、结构力学等学科逐步形成，设计理论的发展保证了工程结构的安全和人力物力的节约；在施工方面，由于不断出现新的工艺和新的机械，施工技术进步，建造规模扩大，建造速度加快了。在这种情况下，土木工程逐渐发展到包括房屋、道路、桥梁、铁路、隧道、港口、市政、卫生等工程建筑和工程设施，不仅能够在地面，而且有些工程还能在地下或水域内修建。
土木工程在这一时期的发展可分为奠基时期、进步时期和成熟时期三个阶段。
1.奠基时期
17世纪到18世纪下半叶是近代科学的奠基时期，也是近代土木工程的奠基时期。伽利略、牛顿等所阐述的力学原理是近代土木工程发展的起点。意大利学者伽利略在1638年出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中，论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论。这本书是材料力学领域中的第一本著作，也是弹性体力学史的开端。1687年牛顿总结的运动三大定律是自然科学发展史的一个里程碑，直到现在还是土木工程设计理论的基础。瑞士数学家欧拉在1744年出版的《曲线的变分法》建立了柱的压屈公式，算出了柱的临界压屈荷载，这个公式在分析工程构筑物的弹性稳定方面得到了广泛的应用。法国工程师库仑1773年写的著名论文《建筑静力学各种问题极大极小法则的应用》，说明了材料的强度理论、梁的弯曲理论、挡土墙上的土压力理论及拱的计算理论。这些近代科学奠基人突破了以现象描述、经验总结为主的古代科学的框框，创造出比较严密的逻辑理论体系，加之对工程实践有指导意义的复形理论、振动理论、弹性稳定理论等在18世纪相继产生，这就促使土木工程向深度和广度发展。
尽管与土木工程有关的基础理论已经出现，但就建筑物的材料和工艺看，仍属于古代的范畴，如中国的雍和宫、法国的罗浮宫、印度的泰姬陵、俄国的冬宫等。土木工程实践的近代化，还有待于产业革命的推动。
由于理论的发展，土木工程作为一门学科逐步建立起来，法国在这方面是先驱。1716年法国成立道桥部队，1720年法国政府成立交通工程队，1747年创立巴黎桥路学校，培养建造道路、河渠和桥梁的工程师。所有这些，表明土木工程学科已经形成。
2.进步时期
18世纪下半叶，瓦特对蒸汽机作了根本性的改进。蒸汽机的使用推进了产业革命。规模宏大的产业革命，为土木工程提供了多种性能优良的建筑材料及施工机具，也对土木工程提出新的需求，从而促使土木工程以空前的速度向前迈进。
工程实践经验的积累促进了理论的发展。19世纪，土木工程逐渐有定量设计的需要，房屋和桥梁设计要求实现规范化。此外由于材料力学、静力学、运动学、动力学逐步形成，各种静定和超静定桁架内力分析方法和图解法得到很快的发展。1825年，纳维建立了结构设计的容许应力分析法；19世纪末，里特尔等人提出钢筋混凝土理论，应用了极限平衡的概念。1900年前后钢筋混凝土弹性方法被普遍采用，一些国家还制定了各种类型的设计规范。1818年英国不列颠土木工程师会的成立，其他各国和国际性的学术团体也相继成立。理论上的突破，反过来极大地促进了工程实践的发展，这样就使近代土木工程这个工程学科日臻成熟。
3.成熟时期
第一次世界大战以后，近代土木工程发展到成熟阶段。这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋大规模建设的出现。在交通运输方面，由于汽车在陆路交通中具有快速和机动灵活的特点，其地位日益重要。沥青和混凝土开始用于铺筑高级路面。1931—1942年德国首先修筑了长达3860km的高速公路网，美国和欧洲其他一些国家相继效法。20世纪初出现了飞机，机场配套工程迅速发展起来。钢铁质量的提高和产量的上升，使建造大跨桥梁成为现实。1918年加拿大建成魁北克悬臂桥，跨度548.6m；1937年美国旧金山建成金门悬索桥，跨度1280m，全长2825m，是公路桥的代表性工程；1932年，澳大利亚建成双铰钢拱结构，跨度503m的澳大利亚悉尼港桥。
0.2.3 现代土木工程
现代土木工程以社会生产力的现代发展为动力，以现代科学技术为背景，以现代工程材料为基础，以现代工艺与设备为手段高速度地向前发展。
第二次世界大战结束后，社会生产力出现了新的飞跃。现代科学技术突飞猛进，土木工程进入一个新时代。在近40年中，前20年土木工程的特点是进一步大规模工业化，而后20年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。
1949年以后，我国经历了国民经济恢复时期和规模空前的经济建设时期。例如，到1965年全国公路通车里程80余万km，是解放初期的10倍；铁路通车里程5万余km，是50年代初的两倍多；火力发电容量超过2000万kW，居世界前五位。1979年后中国致力于现代化建设，发展加快。列入第六个五年计划 （1981—1985年）的大中型建设项目达890个。1979—1982年间全国完成了3.1亿m2 住宅建筑；城市给水普及率已达80%以上；北京等地高速度地进行城市现代化建设；京津塘 （北京-天津-塘沽）高速公路和广深珠 （广州-深圳、广州-珠海）高速公路开始兴建；全国各地建成大量10余层到50余层的高层建筑。这些都说明中国土木工程已开始了现代化的进程。
0.2.3.1 现代土木工程的特征
1.工程功能化
现代土木工程的特征之一，是工程设施同它的使用功能或生产工艺更紧密地结合。复杂的现代生产过程和日益上升的生活水平，对土木工程提出了各种专门的要求。
现代土木工程为了适应不同工业的发展，有的工程规模极为宏大，如大型水坝混凝土用量达数千万立方米，大型高炉的基础也达数千立方米；有的则要求十分精密，如电子工业和精密仪器工业要求能防微振。现代公用建筑和住宅建筑不再仅仅是传统意义上家徒四壁的房屋，而要求同采暖、通风、给水、排水、供电、供燃气等种种现代技术设备结成一体。
对土木工程有特殊功能要求的各类工业也发展起来。例如，核工业的发展带来了新的工程类型。20世纪80年代初世界上已有23个国家拥有核电站277座，在建的还有613座，分布在40个国家。核电站的安全壳工程要求很高。又如为研究微观世界，许多国家都建造了加速器。中国从20世纪50年代以来建成了60余座加速器工程，目前正在兴建3座大规模的加速器工程，这些工程的要求也非常严格。海洋工程发展很快，20世纪80年代初海底石油的产量已占世界石油总产量的23%，海上钻井已达3000多口，固定式钻井平台已有300多座。中国在渤海、南海等处已开采海底石油。海洋工程已成为土木工程的新分支。
现代土木工程的功能化问题日益突出，为了满足极专门和更多样的功能需要，土木工程更多地需要与各种现代科学技术相互渗透。
2.城市立体化
随着经济的发展、人口的增长，城市用地更加紧张，交通更加拥挤，这就迫使房屋建筑和道路交通向高空和地下发展。
高层建筑成了现代化城市的象征。1931年建造的帝国大厦是位于美国纽约市的一栋著名的摩天大楼，共有102层，高381m，在此后40年时间里，帝国大厦一直雄踞世界第一高楼地位，成为摩天大楼乃至纽约的象征。1972年和1973年纽约世贸双塔北楼和南楼先后建成，地面以上110层，高度约415m，取代帝国大厦成为纽约的新地标建筑，也是当时世界上最高的建筑（2001年9月11日，恐怖分子劫持两架波音767-200ER飞机分别撞向双塔，在袭击后2h内，世贸双塔倒塌）。但是，世界最高建筑这一纪录很快就被芝加哥的西尔斯大厦取而代之，1974年芝加哥建成了高达433m的西尔斯大厦。进入21世纪后，高层建筑的发展更是日新月异。目前，世界第一高度的高层建筑为哈利法塔（或迪拜塔）。哈利法塔始建于2004年，建成于2010年1月，塔高828m，楼层总数162层，造价15亿美元。在2015年世界高层建筑前十位排名中我国占据了6席，目前我国第一高楼为2014年年底完工的上海中心大厦，其建筑主体为118层，总高为632m。
现代高层建筑由于设计理论的进步和材料的改进，出现了新的结构体系，如筒中筒结构等。美国在1968—1974年间建造的三幢超过百层的高层建筑，自重比帝国大厦减轻20%，用钢量减少30%。高层建筑的设计和施工是对现代土木工程成就的一个总检阅。
城市道路的发展也使得城市更具立体化特征。为了缓解城市交通的压力，近年来除了大力发展传统的地面交通以外，地上（高架）和地下（地铁）交通的发展也异常迅速。人们的生活空间也开始由地面以上逐渐地向地面以下扩展，建筑物地下室连接，形成地下商业街。地下停车库、地下油库日益增多。城市道路下面密布着电缆、给水、排水、供热、供燃气的管道，构成城市的脉络。现代城市建设已经成为一个立体的、有机的系统，对土木工程各个分支以及他们之间的协作提出了更高的要求。
3.交通高速化
现代世界是开放的世界，人、物和信息的交流都要求更高的速度。虽然1934年就在德国开始了高速公路的修建，但在世界各地较大规模的修建，则开始于第二次世界大战后。1983年，世界高速公路已达11万km，很大程度上取代了铁路的职能。高速公路的里程数，已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一，我国高速铁路网将初具规模。截至2014年年底，中国大陆高速公路的通车总里程达11.195万km。
铁路也出现了电气化和高速化的趋势。1964年10月1日，世界上第一条高速铁路日本东海道新干线（东京至大阪）开通营业，全程515.4km，直达旅行时间3h，列车最高运营速度210km/h。随后，日本大力发展新干线，并不断进行技术升级，山阳新干线和东海道新干线的运行速度分别提高到现在的300km/h和270km/h，东北新干线的运行速度提高到320km/h。如今，新干线的主干线和支线已经覆盖日本本土，截至2013年3月，日本已经开通的新干线共有6条，线路总长度为2388km。20世纪90年代以来，中国开始对高速铁路的设计建造技术、高速列车、运营管理的基础理论和关键技术组织开展了大量的科学研究和技术攻关，并进行了广深铁路提速改造，修建了秦沈客运专线，实施了既有线铁路六次大提速等。2002年12月建成的秦皇岛至沈阳的客运专线，是中国自己研究、设计、施工，目标速度200km/h，基础设施预留250km/h高速列车条件的第一条铁路客运专线。自主研制的“中华之星”电动车组在秦沈客运专线创造了当时“中国铁路第一速”——321.5km/h。经过十多年坚持不懈的努力，我国铁路通过技术创新，在高速铁路的工务工程、高速列车、通信信号、牵引供电、运营管理、安全监控、系统集成等技术领域，取得了一系列重大成果，形成了具有中国特色的高铁技术体系，总体技术水平进入世界先进行列。
航空事业在现代得到飞速发展，航空港遍布世界各地。航海业也有很大发展，世界上的国际贸易港口超过2000个，并出现了大型集装箱码头。中国的塘沽、上海、北仑、广州、宁波等港口也已逐步实现现代化，其中一些还建成了集装箱码头泊位。
0.2.3.2 材料、施工和理论的发展趋势
1.材料轻质高强化
现代土木工程的材料进一步轻质化和高强化。工程用钢的发展趋势是采用低合金钢。中国从20世纪60年代起普遍推广了锰硅系列和其他系列的低合金钢，大大节约了钢材用量并改善了结构性能。高强钢丝、钢绞线和粗钢筋的大量生产，使预应力混凝土结构在桥梁、房屋等工程中得以推广。
材料的轻质高强对于建造大跨、高层、结构复杂的工程尤为重要。例如美国休斯敦的贝壳广场大楼，用普通混凝土只能建35层，改用了陶粒混凝土，自重大大减轻，用同样的造价建造了52层。高强钢材与高强混凝土的结合使预应力结构得到较大的发展。我国1980年建成的重庆长江大桥，主跨度达174m，为预应力T形刚构桥，如图0.7所示。
2.施工过程工业化
大规模现代化建设使建筑标准化达到了很高的程度。人们力求推行工业化生产方式，在工厂中成批地生产房屋、桥梁的种种构配件、组合体等。预制装配化的潮流在20世纪50年代后席卷了以建筑工程为代表的许多土木工程领域。这种标准化在中国社会主义建设中，起了积极作用。
在标准化向纵深发展的同时，种种现场机械化施工方法在70年代以后发展得特别快。采用了广泛用于工程中的同步液压千斤顶。1975年建成的加拿大高达553m加拿大多伦多电视塔，施工时就用了滑模，在安装天线时还使用了直升机。现场机械化的另一个典型实例是用一群小提升机同步提升大面积平板的升板结构施工方法。近10年来中国用这种方法建造了约300万m2房屋。此外，钢制大型、大型吊装设备与混凝土自动化搅拌机、输送泵等相结合，形成了一套现场机械化施工工艺，使传统的现场灌筑混凝土方法获得了新生命，在高层、多层房屋和桥梁中部分地取代了装配化，成为一种发展很快的方法。
图0.7 重庆长江大桥
现代技术使许多复杂的工程成为可能。例如中国有80%的交通线路穿越山岭地带，桥隧相连，桥隧总长占40%；日本山阳线新大阪至博多段的隧道占50%；前苏联在靠近北极圈的寒冷地带建造第二条西伯利亚大铁路；中国的青藏公路直通世界屋脊，等等。
3.理论研究精密化
现代科学信息传递速度大大加快，一些新理论与方法，如计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论等的成果，随着计算机的普及而渗进了土木工程领域。结构动力学已发展完备。荷载不再是静止的和确定的，而将其作为随时间变化的随机过程来处理。美国和日本使用由计算机控制的强震仪台网系统，提供了大量原始地震记录。日趋完备的反应谱方法和直接动力法在工程抗震中发挥很大作用。中国在抗震理论、测震、震动台模拟试验以及结构抗震技术等方面有了很大发展。
静态的、确定的、线性的、单个的分析，逐步被动态的、随机的、非线性的、系统与空间的分析所代替。电子计算机使高次超静定的分析成为可能，例如高层建筑中框架-剪刀墙体系和筒中筒体系的空间工作，只有用电算技术才能计算。电算技术也促进了大跨桥梁的实现，1980年英国建成亨伯悬索桥，单跨达1410m，1983年西班牙建成卢纳预应力混凝土斜拉桥，跨度达440m。
大跨度建筑的形式层出不穷，薄壳、悬索、网架和充气结构覆盖大片面积，满足种种大型社会公共活动的需要。1959年巴黎建成多波双曲薄壳的跨度达 210m；1976年美国新奥尔良建成的网壳穹顶直径为 207.3m；1975年美国密歇根庞蒂亚克体育馆充气塑料薄膜覆盖面积达35000多m2，可容纳观众8万人。中国也建成了许多大空间结构，如圆形网架直径110m的上海体育馆，悬索屋面净跨为94m的北京工人体育馆。大跨建筑的设计也是理论水平的一个标志。
从材料特性、结构分析、结构抗力计算到极限状态理论，在土木工程各个分支中都得到充分发展。20世纪50年代美国、苏联开始将可靠性理论引入土木工程领域。土木工程的可靠性理论建立在作用效应和结构抗力的概率分析基础上。工程地质发展为研究和开拓地下、水下工程创造了条件。计算机不仅用以辅助设计，更作为优化手段；不但运用于结构分析，而且扩展到建筑、规划领域。
此外，现代土木工程与环境关系更加密切，在从使用功能上考虑使它造福人类的同时，还要注意它与环境的协调问题。现代生产和生活时刻排放大量废水、废气、废渣和噪声，污染着环境。环境工程，如废水处理工程等又为土木工程增添了新内容。核电站和海洋工程的快速发展，又产生新的引起人们极为关心的环境问题。现代土木工程规模日益扩大，例如：世界水利工程中，库容300亿m3以上的水库为28座，高于200m的大坝有25座。乌干达欧文瀑布水库库容达2040亿m3，苏联罗贡土石坝高 325m；中国葛洲坝截断了世界最大河流之一的长江，并建成了总装机容量达2250万kW的三峡水利枢纽工程；巴基斯坦引印度河水的西水东调工程规模很大；中国在1983年完成了规模浩大的引印度河水的西水东调工程。这些大水坝的建设和水系调整还会引起对自然环境的另一影响，即干扰自然和生态平衡，而且现代土木工程规模越大，它对自然环境的影响也越大。因此，伴随着大规模现代土木工程的建设，带来一个保持自然界生态平衡的课题，有待综合研究解决。