随着地下工程的大规模开发与建设,岩土体地质条件的特殊性、随机性和复杂性越来越突出,长期以来使得地下工程的设计、施工处于依靠实践经验和定性阶段。在复杂的工程地质条件下,为确保隧道的稳定,设计人员往往人为地增大支护参数,导致隧道设计的安全系数普遍偏大,造成极大的经济浪费,很难做到“既安全可靠,又经济合理”的优化设计。与此同时,由于隧道的开挖,隧道围岩的初始应力状态将发生变化,围岩发生卸荷变形,若隧道周边收敛超过了其变形允许值,则将导致隧道的失稳。因此,很有必要对隧道支护优化和围岩变形破坏概率分析进行专门研究。本文首先以临鸭公路荆竹山隧道施工监测为依托,对监测成果进行整理,通过分析浅埋偏压段K5+250断面围岩变形量、变形稳定时间及变形速率来进行围岩稳定性评价。根据优化反分析理论的基本原理,结合现场监控量测反馈的信息,用ANSYS提供的参数化设计语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)编制优化程序,对荆竹山隧道浅埋偏压段K5+250断面的注浆加固圈围岩参数进行优化反演。利用反演得到的围岩参数对该断面原支护设计方案进行ANSYS有限元分析,深入研究了浅埋偏压段初期支护结构的受力变形特征。其次,提出一种基于支持向量机响应面模型的隧道支护优化方法,其基本思想是根据试验设计原理,用正交试验设计构造学习样本,用均匀试验设计构造检验样本,运用支持向量机对学习样本进行学习,构造响应面模型来近似表达隧道稳定性与支护参数之间的复杂非线性关系,再在此关系基础上采用MATLAB优化技术搜索最优的支护参数。采用该方法对荆竹山隧道浅埋偏压段K5+250断面进行初期支护优化,通过对优化设计方案与原设计方案的数值模拟结果做对比分析,得出：优化设计方案在满足隧道稳定性前提下,支护造价比原设计方案降低约20%。最后,将隧道围岩位移判据和支持向量机拟合算法结合起来,建立出复杂地层隧道围岩变形破坏概率的支持向量机分析方法,总结出了该方法的运行步骤,并编制了相应的计算程序。采用该方法分析了张家界阳龙公路梨子坪隧道围岩变形破坏问题,通过对比得出：该方法计算工作量为蒙特卡洛法的0.4%左右,计算结果绝对差值为0.233%,相对差值为2.422%；对于复杂非线性隐式极限状态方程的结构可靠度计算,该方法比传统的二次响应面法误差小、精度高。