水工隧洞的稳定性问题日益受到人们的关注,其稳定状态与岩体的初始地应力状态紧密相关,因此所采用的初始地应力场的可靠性,将直接影响到地下工程设计与施工的安全性。同时,水工隧洞工程中存在诸多不确定因素,如果不能合理的量化这些随机性给工程结构带来的影响,必然会为结构安全带来较大的风险。本文运用线性回归、人工神经元网络、有限元等方法,以阳江核电厂排水隧洞工程为实例依托,开展地应力场反演方法研究,进行隧洞开挖稳定模拟分析和衬砌结构可靠度计算。本文主要研究内容和取得成果如下:(1)在分析了地应力的组成及其影响因素的基础上,并鉴于线性回归忽略了岩土非线性的物理力学特性,而神经网络存在样本构造的盲目性和训练结果可能为非全局最优解的问题,提出地应力反演的线性回归与GA-ANN组合方法。针对有限元软件地形建模的困难,引入了基于NURBS技术的地层建模方法,建立了工程区域范围内的精确地形、地质有限元模型,为保证地应力反演效果提供有效方法。最终结合统计学正交设计的原理,反演了研究区域的地应力,并与传统方法反演结果进行对比,证明这种方法精度更高。(2)分析了工程区域的地应力分布特征,并针对传统岩爆预测仅通过少量的实测点数据判断整个隧洞岩爆可能性的方法存在局限性的问题,本文通过反演获得的整个工程区域应力场,依据切向应力准则,对各个排水隧洞全程进行了开挖岩爆预测分析。采用有限元法分析了围岩二次应力场、变形场、塑性区分布情况,为保证施工安全提供了有效的保障。(3)计算了不同工况下隧洞衬砌结构应力分布情况,从而获得最不利的工况。针对隧洞工程中存在诸多不确定因素,传统的安全系数法定值分析结果带有一定的片面性、主观性的问题,本文引入了随机有限元的方法,采用Monte-Carlo法对隧洞结构进行可靠度研究。并对可靠度进行灵敏度分析,明确了影响隧洞工程安全的最不利因素,为工程施工过程中根据实际揭露的地质情况对衬砌结构进行及时调整提供了的科学的依据。