土石坝是水利工程中的重要坝型之一,渗漏破坏是导致土石坝失事的主要原因之一,而渗漏通道的识别是其中的关键和难点问题。天然示踪法以其成本低、无污染、效率高等优势,在土石坝渗漏通道识别过程中得到了一定的应用,然而,其定量化程度低、独立化程度低、模型化程度低等不足限制了其进一步的推广和使用。本文选取天然示踪法中的温度、电导作为示踪剂,建立了渗流场-温度场耦合模型、渗流场-电场模型,研究了土石坝渗流场、温度场和电场的演化规律。主要研究成果如下:(1)总结了国内外探测土石坝渗漏通道的研究进展,分析了直接分析法、地球物理探测法和综合示踪法(天然示踪法和人工示踪法)等方法的适用条件及优缺点,选取天然示踪法中的温度、电导作为示踪剂,建立了渗流场-温度场耦合模型、渗流场-电场模型。(2)基于温度示踪法,研究了渗漏通道的不同形式与位置对土石坝渗流场和温度场的影响规律。结果表明,渗漏通道会引起土石坝渗流场的变化,渗流场的改变会导致温度场的改变,而温度场的改变反过来也会对渗流场造成影响。这是由于土石坝中的热量传递受热对流和热传导的影响,热对流是指由渗流引起的坝体热量传递现象,渗流的速度越快,热量传递的速度越快;热传导是指固体颗粒之间受热运动影响的热量传递现象。土石坝渗流场变化将改变热量传递的速度,从而改变温度场;温度的变化将改变流体的密度、动力粘滞系数等,从而改变土石坝的渗透率,最终引起渗流场的变化。因此,建议实际工程中通过监测坝体温度的变化反馈出渗流场的时空分布,进而确定渗漏通道位置。(3)基于电导示踪法,分析土石坝的渗流场-电场模型,研究渗漏通道对电场的影响。研究发现,渗漏通道首先会改变土石坝渗流场,进而影响电场分布。这是因为渗流场的变化改变了土石坝的电导率,从而改变电场。因此,若坝体内测温传感器出现故障失效情况,可将电导监测作为土石坝渗漏通道确定的有效补充措施。