土木工程结构由于其独特的实用价值和良好的力学性能,一直被人们应用于各行各业的基础设施建设中,但由于存在诸多不确定因素,结构总有失效的可能性,绝对安全的结构是没有的。单纯的力学计算不能解决实际问题,为了保证结构在规定的时间内,在规定的条件下正常工作,对其进行可靠性分析变得尤为重要。可靠度作为一种评判结构可靠性的数量化指标,对结构可靠性进行定量描述,并能对各种不确定性分别加以某种形式的定量考虑。一般直接求解结构失效概率的多重积分不是一件容易的事情,需要利用与之对应的近似方法计算结构可靠度。结构可靠度分析方法关键在于如何进行不确定因素的分析和结构功能函数的构建,既而寻找与之对应的可靠度求解方法。当计算结果不符合标准时,则需要对结构重新进行设计分析以及风险评估。对此,本文在总结国内外已有相关研究文献的基础上,基于最优化理论思想,利用约束条件的非线性优化和模型拟合求解等方法深入研究了工程结构可靠度分析方法,作为常规分析方法的补充,对该领域的发展起着至关重要的作用。在显式结构功能函数条件下,针对可行域过大的不足之处,在原有研究的基础上,提出了基于非精确搜索的结构可靠度一维分析方法。根据可靠指标的几何含义,提出了基于自适应迭代方向修正的HL-RF可靠度分析方法,从合理选择迭代方向的角度,加快了迭代速度,避免了算法不收敛的问题。分别利用数值算例比较验证了迭代算法的正确性和有效性。通过分析决策理论,在最优化理论的指导下,通过效用函数和模糊偏好关系,提出了基于效用决策优化模型的结构可靠度分析方法,针对具有非线性显式结构功能函数的构件进行了可靠度计算,并利用算例分析验证了方法的有效性和正确性。在隐式结构功能函数条件下,基于支持向量机和粗糙集理论,通过最优化理论,提出了RST-SVM结构可靠度分析方法,并在此基础上利用粗糙集理论对不确定性进行了分析,通过工程算例求解以及实验验证了本方法的合理性。利用粗糙集理论建立了结构相关属性的量化形式和探讨了对于结构可靠性的影响程度,有利于后续结构的进一步设计和优化。在结构动态可靠性研究的基础上,对结构施工期间大量的随时间变化的宏观测量信息进行详细的分析,引入威布尔理论模型,建立了结构可靠度动态分析的威布尔预测模型,根据变形-时间所反映的情况作出判断和反馈,探讨了险情出现的原因,分析了结构可靠性。通过工程实例,分析了边坡变形破坏模式的可靠性,验证了分析模型的实用性。并与数值分析结果对比,展示了本文方法的合理性与工程参考价值。