核电作为一种低碳高效的能源日益受到重视,但如何安全处置其生产过程中累积的大量高放射性废物,是实现其可持续发展的关键。目前,国际上公认的安全处置高放射性废物的方法是深埋地质处置,即在地下深部修建处置库,以地质体为天然屏障,将高放射性废物与人类生存环境相隔绝。但由于缺乏实际处置经验,因此提出先在深部建设一个地下实验室工程,作为承上启下的平台。地下实验室由竖井、平巷、螺旋斜坡道等多个洞室组成,相比于普通地下工程,地下实验室埋深大、洞群结构布局复杂,且安全等级要求更高。因此,必须对洞室结构的安全稳定性开展有效的分析研究。考虑到地下实验室修建于天然地层之中,围岩物理力学参数的不确定性是影响洞室结构安全稳定的重要因素,但传统的设计方法仅采用一个笼统的安全系数来概括所有的不确定性因素,不能真实的反映结构的可靠程度。因此,有必要采用基于概率论与数理统计的可靠度分析方法,对地下实验室洞室结构安全稳定性开展有效分析评估。然而,现有的可靠度分析方法面对类似于地下实验室的深部复杂洞室结构,尚存在一些不足。对此,本文依托国防科工局重大项目课题,以甘肃北山我国首座高放废物深埋地质处置地下实验室工程为研究背景,开展深部洞室结构可靠度分析方法研究,获得了地下实验室洞室结构施工开挖可靠度指标的空间分布规律,提出了具有工程指导意义的研究结论。具体研究成果如下:（1）采用最大似然法结合K-S检验,建立了北山地下实验室深部围岩力学参数的概率分布模型,其中:弹性模量服从极值I型分布,泊松比服从正态分布,粘聚力和内摩擦角则均服从对数正态分布,且粘聚力与内摩擦角之间具有较强的负相关性。（2）提出了基于支持向量回归的深部洞室结构隐式功能函数显式化分析方法。首先,构建了基于摩尔-库伦准则和极限拉应变准则的围岩隐式功能函数;然后,通过拉丁超立方试验设计结合FLAC3D数值模拟,获得深部洞室隐式功能函数的高质量训练样本;最后,根据隐式功能的训练样本,由支持向量回归方法建立隐式功能函数的对应显式模型。在此过程中,为提高支持向量回归的建模精度与效率,提出了一种改进惯性权重的粒子群算法,对支持向量回归模型中回归参数的赋值进行优化,最终实现了对深部洞室结构各部位快速建立显式功能函数。（3）提出了基于改进自适应重要抽样的深部洞室结构可靠度指标计算方法。首先,根据围岩力学参数概率分布模型,将支持向量回归所构建的深部洞室结构显式功能函数转换到独立标准正态空间;然后,通过马尔科夫链模拟获得功能函数失效域内的分布样本。在此过程中,提出了一种n维环状均匀分布函数作为提议分布,有效改善了马尔科夫链模拟在功能函数失效域存在不连续区间时的适应性。最后,根据功能函数失效域内分布样本,通过核密度估计建立逼近于理论最优模型的重要抽样密度函数,提高重要抽样法的计算效率,最终实现快速计算获得深部洞室结构各部位处的可靠度指标。（4）根据建立的可靠度分析方法,依托FLAC3D和Matlab平台,开发了深部洞室结构可靠度计算程序,并进行了工程应用,获得了北山地下实验室洞群施工开挖可靠度指标的空间分布规律。计算结果表明:1)地下实验室施工开挖完成后,洞群结构整体是安全稳定的,通过与三维地质力学模型试验结果的对比,有效验证了可靠度计算结果的可靠性。2)在地下实验室洞室交叉部位,特别是大断面洞室交叉部位以及小角度交叉洞室部位,其可靠度指标较非交叉部位显著下降,建议洞室交叉部位应避免出现锐角,并对洞室交叉部位进行系统喷锚网支护。研究成果为地下实验室工程总体建设方案的优化与评估提供了科学指导。