稳定与非稳定渗流是岩土介质普遍存在的地下水运动现象,对土建、环境、水利、采矿等工程安全稳定性具有重要影响。对于有自由面的稳定和非稳定渗流问题,由于自由面和溢出点的位置事先未知,大幅增加了岩土介质渗流问题的非线性程度与数值求解难度。不同于传统的连续介质渗流模型,线单元模型通过渗透性等效,将二维渗流问题简化为一维渗流问题,从而提高计算效率和求解精度。然而,当前线单元模型仅适用于均匀多孔介质并且依赖三角形网格,自由面穿过三角形单元需要重新划分网格和计算等效水力参数,难以克服网格依赖性、降低数值求解难度以及解决非均质岩土介质渗流问题。本文以岩土介质为研究对象,基于线单元模型建立多孔介质和裂隙岩体的稳定与非稳定渗流分析方法,分析多孔介质和裂隙岩体自由面分布特征与演化规律。主要研究内容及主要成果如下:（1）提出了多孔介质稳定渗流的线单元模型与数值分析方法。基于连续介质渗流模型,通过引入表征单元体,将均匀多孔介质水平和竖直孔隙概化为正交裂隙网络,推求了线单元模型的渗流速度、连续性方程及边界条件的等效形式,将二维渗流问题简化为一维渗流问题。为了解决全区域自由面稳定渗流问题以及改善了数值不稳定性以及网格依赖性,通过引入连续型罚Heaviside函数,将Darcy定律扩展至整个研究区域,采用线性水头函数,推导了多孔介质稳定渗流的有限元格式。通过均质坝、梯形坝、砂槽以及含有裂隙的多孔介质模型,验证了线单元模型求解有自由面稳定渗流问题的合理性和可靠性。结果表明,多孔介质稳定渗流的线单元模型与数值分析方法,对网格尺寸、罚参数以及岩土介质渗透差异性具有良好的适应性。（2）建立了多孔介质非稳定渗流的线单元模型与数值分析方法。将多孔介质稳定渗流的线单元模型进一步推广至非稳定渗流问题,基于流量等效提出了非稳定渗流自由面边界的等效形式,提出了二维非稳定自由面渗流问题的一维求解形式,结合变分原理建立了多孔介质非稳定渗流的数值分析方法。通过无压含水层、梯形坝和排水砂槽非稳定渗流的数值分析,验证多孔介质非稳定渗流的线单元模型与数值分析方法的有效性。自由面的数值计算结果与解析解、试验数据吻合较好;通过分析间距大小和时间步长大小对该方法效率的影响,表明该方法的求解精度对时间步长依赖性较小,网格间距对自由面变化影响较大。通过对梯形坝的非稳定渗流的数值模拟,表明该模型比剩余流量法能更好地反映自由面的演化过程。排水砂槽模型计算表明,该方法能够描述排水洞自由面骤降现象,合理地确定排水系统周围的溢出点。（3）构建了裂隙岩体稳定渗流的线单元模型与数值分析方法。通过等效渗透张量反分析,推导了裂隙岩体渗透系数与间距、开度、倾角等之间的数学关系,建立了裂隙岩体稳定渗流的线单元模型与数值分析方法。通过求解各向同性和各向异性矩形坝、裂隙岩质边坡和心墙坝的非稳定渗流问题,验证了裂隙岩体线单元模型的有效性,裂隙倾角和间距对各向同性和各向异性矩形坝自由面影响较小,表明该方法的求解精度对裂隙倾角和网格尺寸的依赖性较弱。裂隙岩质边坡的自由面渗流分析表明,线单元模型可以成功地应用于裂隙介质和多孔介质,裂隙开度对自由面渗流问题有显著影响。当裂隙走向越靠近水头梯度方向时,自由面的变化越明显;心墙坝渗流分析中低渗透粘土心墙自由面会陡然下降,随着粘土心墙渗透系数的减小,阻水效应更加明显。