在岩土工程领域，地下结构的可靠性问题长期为人们所关注，特别是在我国交通事业极大发展时期，随着隧道的建设将越来越多，而且朝特长、大跨方向发展。由于隧道结构的复杂性，岩性参数的不确定性，使得可靠性问题更为突出。隧道结构的受力特点决定了其在设计、施工和使用过程中具有种种影响地下结构安全、适用和耐久性的不确定性，如随机不确定性、模糊不确定性和不完善性等。本文在查阅大量文献的基础上，通过对隧道结构失稳原因的分析，探讨了隧道失稳的影响因素和失稳形式，同时对隧道失稳的判断依据进行了系统的阐述，确定了容许极限位移量作为本文隧道结构失稳模拟的判定依据。论文依托狮子坪地下厂房Ⅰ号隧道工程，利用其有关资料，选用Druker-Prager准则作为岩体屈服准则对典型区段进行三维非线性有限元分析、可靠度模拟研究及对现有监测资料的整理分析对比，获得了较为满意的结果。本文应用三维弹塑性随机有限元及可靠度计算方法，从理论上对特定条件下地下洞室围岩进行了开挖模拟和可靠度计算讨论。地应力场是影响地下洞室围岩稳定的主要因素，考虑地应力实测值的不确定性和回归计算模型的不确定性，本文详细讨论了地应力场的概率分析方法；在地下洞室锚杆加固效应的随机模拟方面，考虑锚杆间距和锚杆材料特性的随机性，本文讨论了围岩锚杆加固的随机力学分析方法，为地下洞室围岩在锚杆加固后的安全性分析奠定了基础。渗流荷载是地下洞室围岩稳定的主要荷载之一，存在着不确定因素，本文讨论了一个简化模型可方便地计入渗流荷载随机性的影响。本文还讨论了围岩稳定的可靠度对不同材料的弹模和强度参数及地应力系数的敏感性计算方法。在工程应用实例部分，应用大型通用有限元软件ANSYS对狮子坪地下厂房Ⅰ号隧道的开挖过程进行了三维有限元模拟分析，并分别对该型隧道周围的围岩位移、隧道围岩应力及隧道初期支护衬砌结构的内力进行了对比分析；讨论了特定情况下隧道结构可靠性分析在ANSYS上的实现，验证了随机有限元法的优越性。