在我国经济高速的发展下,特长隧道、高度超过200m的高坝、城市地铁工程、具有复杂结构的建筑物等一系列重大工程都在兴建之中,对待此类工程的安全要得到充分的重视,传统的安全系数法虽然在一定程度上能够反映工程的安全性,但是未考虑变量的不确定性与随机性,无法更加全面而又准确地评价工程的安全性,所以可靠度理论的发展对于评价工程的安全性具有重要意义。本文主要对蒙特卡罗法、一次二阶矩法、响应面法等常用可靠度分析方法的基本原理进行了介绍,分析了各个方法在实际应用中的优缺点;针对常用方法的优缺点,文中从子集模拟法的基本思想、中间失效事件的选择、实现步骤及其在实现过程中所涉及到马尔科夫链蒙特卡洛模拟的原理等方面进行了详细介绍,分析了子集模拟法本身具有的优缺点,考虑了在增加马尔科夫链数量和马尔科夫链长度两种情况下对于子集模拟计算精度的影响,根据子集模拟法的特点提出了基于改进子集模拟法两个方向即改进替换蒙特卡罗法(MC)抽样或者马尔科夫链蒙特卡罗模拟(MCMC)抽样。文中针对子集模拟法、数论方法、重要抽样法三种可靠度分析方法的特点,采用子集模拟法的分层抽样原理,利用数论中的低偏差点集抽样和重要抽样法构造重要抽样密度函数,提出了一种基于三者结合的可靠度分析方法。用实际数值算例验证了其准确性及其应用的可能性,新提出的方法有较好的计算精度,并且在样本点数量和失效概率的变异系数上相对于传统的子集模拟法有较好的改进。以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景,采用“荷载—结构”力学模型,利用ANSYS中的PDS技术,采用APDL语言建立大断面黄土隧道二次衬砌的可靠性分析文件,采用蒙特卡罗—随机有限元法对隧道二次衬砌的荷载效应进行统计分析,得到衬砌内力以及偏心率等变量的统计特征,并分析了随机变量对于轴力、弯矩、偏心率影响系数的灵敏度。最后利用子集模拟法和改进的结合方法对计算了各截面失效概率和可靠度指标,通过计算表明,两种方法在计算隧道衬砌可靠度问题上具有较好的优势,可以作为计算分析隧道衬砌可靠度的方法；从可靠度指标可以看出,本工程隧道衬砌截面在拱顶靠下位置以及拱肩位置可能会出现拉裂情况；衬砌不会出现压坏情况,但是需要注意监测拱肩、拱脚等目标可靠度在临界值的部分衬砌截面。