层状岩体是一类常见的工程岩体,具有典型的横观各向同性特征,洞室开挖后易出现弯折或顺层滑移等破坏,进而导致围岩失稳。围岩破坏不仅会迟滞工程建设,也会构成潜在的安全风险。由于岩体力学参数普遍存在空间变异性,使得确定性计算结果无法有效反映支护结构对围岩的安全储备。因此,开展考虑层状岩体力学参数空间变异性的地下洞室失稳风险研究具有理论与实际双重意义。本文应用概率理论,对岩体力学参数概率密度函数的确定方法、层状岩体力学参数相关非高斯随机场的构建流程,随机场与FLAC3D网格模型的耦合方法、层状岩体破坏极限状态方程下破坏概率的计算方法与非侵入式随机有限差分法的风险分析方法,及等效砂浆锚杆支护效果的层状岩体洞室失稳风险分析与应用等进行了系统的研究,主要的研究内容如下:(1)结合洞室开挖过程中的围岩响应信息与地质信息,通过构建岩体力学参数反演与推断的两种神经网络模型获取岩体力学参数。并以此为基础,确定岩体力学参数最优概率密度分布函数,为构建层状岩体力学参数随机场提供了数据支持。(2)通过确定层状岩体参数随机场区域长度、分析参数空间变异性特征、离散参数随机场,对层状岩体力学参数随机场进行了构建,并确立了随机场与FLAC3D网格模型之间的对应关系。进一步通过单元遍历,实现了参数随机场与网格模型的耦合。(3)基于表征层状岩体破坏程度的破坏接近度指标,确定了层状岩体围岩破坏的极限状态方程。在获得的参数随机场基础上,采用蒙特卡洛可靠度分析方法,开展了层状岩体洞室围岩破坏概率的计算及其有效性验证。(4)结合概率配点法基本理论,考虑层状岩体力学参数随机场,对非侵入式随机有限差分法洞室失稳风险分析的方法及计算流程进行了研究,实现了随机有限差分法与非侵入式方法的一体化。非侵入式随机有限差分法相比蒙特卡洛法,在保证计算精度的前提显著提高了计算效率。(5)开展了锚杆加固下的层状岩体洞室失稳风险分析研究。应用上述理论、方法及流程,对乌东德水电站地下洞室失稳风险进行了分析。首先,针对乌东德右岸导流洞薄层岩体,对不同支护下的导流洞失稳风险进行了对比分析;其次,根据不同支护条件下导流洞中隔墙失稳风险进行了支护方案比选。最后,对更为复杂的层状岩体地下洞室群进行了围岩失稳风险分析。应用证明了本文方法的有效性,其计算结果为洞室安全快速施工提供了技术支持。