多孔介质中水的流动,会产生流动电位,在介质中形成自电场,通过测量自电场产生的自电信号能够识别渗流状态,从而形成以流动电位为天然场源的自然电位探测方法（自电法）。这种流动电位的产生与介质中的渗流过程紧密相关,因此自电法可用于土石堤坝渗漏监测与诊断。然而,由于土石混合体内部结构的复杂性,其流动电位效应不同于纯岩石与土体,现有的岩土体流动电位效应理论模型也不能反映土石混合体的结构特点。同时,目前缺乏对土石堤坝渗漏的自电场识别方法与观测系统的研究,尚未建立一套土石堤坝渗漏的自电场诊断方法,限制了对自电法监测潜能的开发。鉴于此,为了将自电法用于土石堤坝渗漏的监测与识别中,论文依托国家自然科学基金项目（51879017）,采用室内试验、理论分析、数值模拟和物理模型等研究方法,开展土石混合体流动电位效应及堤坝渗漏的自电场诊断方法研究。主要研究内容和成果如下:（1）基于多孔介质流动电位产生原理,结合土石混合料的结构特点,以及土石堤坝的施工特点与土石混合体的赋存环境,设计制作了一套土石混合体流动电位测试的试验装置。通过试验测试了装置的稳定性、响应速度和灵敏度,检验了装置的可靠性。在此基础上,考虑溶液浓度和温度对流动电位测试的影响,提出了土石混合体流动电位的测试方法,有效解决了流动电位信号弱和易受干扰不容易测量的技术难题。（2）利用上述土石混合体流动电位测试装置和方法,通过室内试验研究了压实度、含石量和溶液浓度对土石混合体流动电位效应的影响规律,得到了在压实度和含石量改变时流动电位耦合系数与渗透系数成负相关性的结果,揭示了流动电位耦合系数与溶液浓度的变化规律,获得了有效过剩电荷密度与压实度、含石量和溶液浓度的经验关系。深入分析得出了流态改变是流动电位耦合系数与渗透系数成负相关性的原因;通过将有效过剩电荷密度的解析解与试验值比较,验证了试验结果及测试装置的可靠性。（3）依据薄双电层毛细管模型,结合动量守恒和Nernst–Planck方程,推导了电场、渗流场和浓度场的耦合方程,得到了描述自电场分布的控制方程与流动电位耦合系数的计算模型。同时将压实度和含石量修正的KC方程代入流动电位耦合系数计算模型中,提出了与压实度、含石量、颗粒形状和颗粒级配相关的流动电位耦合系数修正模型。试验结果与修正模型计算结果对比表明,在不同压实度和含石量条件下流动电位耦合系数修正模型均表现出较好的预测效果。（4）根据自电场分布的控制方程,采用数值模拟方法,建立了以流动电位为电源的土石堤坝自电场数值模型,研究了在变动水位条件下,不同渗漏通道、坝体材料和溶液浓度渗漏土石堤坝自电场的响应特征,得到了渗漏通道进出口分别为负和正自电异常区,随着水位下降上升,坝体自电位先减小后增加的结果,揭示了渗漏通道处自电位与渗漏通道渗透率、坝体电导率以及溶液溶度的变化规律;并分析了坝体表面测线自电位数据的分布规律,得到了上下游坡面测线自电位分别成内凹状和外凸状,在渗漏通道进出口处自电位值最大的结果。在此基础上,总结归纳并提出了土石堤坝渗漏的自电场识别方法。通过定义渗漏强度指数,建立了渗漏强度评价方法。（5）从测量仪器、测线布置方式、测试方法和数据处理四个方面,开发了用于监测土石堤坝渗漏的自电场观测系统。在此基础上,结合形成的土石堤坝渗漏的自电场识别方法,构建了一套土石堤坝渗漏的自电场诊断方法。通过制作渗漏土石堤坝物理模型,对土石堤坝渗漏的自电场观测系统进行了测试,证明了该观测系统能够实现对渗漏过程的监测,利用数值模拟结果与物理模型对比,验证了土石堤坝渗漏的自电场识别方法的有效性,从而验证了该诊断方法的可靠性。