由于渗流问题导致的大坝溃决是水利工程中土坝破坏的主要原因，深入研究渗流问题至关重要。其中有自由面的渗流是难点，因为自由面的变化需要进行迭代计算。本文将自然单元法用于渗流分析，为有自由面的渗流计算提供了新的思路。自然单元法是无网格法的一种，它基于节点分析问题，但影响域的判断是基于Voronoi图以及其对偶Delaunay三角形，插值计算则基于自然邻接插值。根据形函数计算的不同，自然邻接插值又可分为Sibson插值和non-Sibson插值两种。两种插值方法都是基于二阶Voronoi图，计算公式简单，计算效率高。但由于形函数紧支域与积分域不一致，积分过程中难免出现积分误差。在对自然单元法原理进行深入分析的基础上，本文将自然单元法得到的形函数与基于变分原理的渗流平衡方程相结合，通过代数求解计算得出水头流速以及渗流流量。通过分析两种插值方式的不同，选择采用Sibson插值方法来进行渗流问题的分析计算，并介绍了保证自然单元法形函数正常计算所注意的事项。本文编写了基于自然单元法的渗流分析软件NEMSEEP，介绍了程序主要模块、基本参数输入以及收敛判断准则，并进行了参数敏感性分析，比较了不同布点方案、布点疏密和高斯积分方案对计算结果的影响，为了提高积分精度采用7高斯点积分方案。在此基础上，分别进行了矩形坝稳定渗流及非稳定渗流分析，梯形坝体和各向异性材料坝体的稳定渗流分析。计算表明，自然单元法前处理简单，计算效率和计算精度较高，是一种介于有限元法和其他无网格法之间的一种方法，结合了有限元法和无网格法的优点。最后本文将该计算方法应用于糯扎渡土石坝的渗流分析，计算了大坝稳定渗流情况下的浸润线及水头等值线，对工程设计和监测具有一定指导意义。