隧道掌子面失稳将极大地危及施工人员和机械设备的安全。相关的研究问题包括掌子面稳定性评价和支护参数的设计。实际工程中，影响掌子面稳定性的因素往往频繁变化，因此，以极限分析、数值计算、模型实验为代表的传统方法在解决这类问题时的时效性和简易性方面不足。本研究针对这些问题，提出了八种方法，为设计和施工提供借鉴，主要内容包括：1.采用全面实验设计采集实验样本并通过强度折减计算标定。构建基于朴素贝叶斯的分类器。通过比较新样本稳定和不稳定后验概率的大小进行预测。2. 对于不确定性问题，通过蒙特卡洛采集一系列的样本，将每一个样本采用朴素贝叶斯分类器进行预测，根据采集样本中不稳定预测的数量得到失效概率。3.采用正交实验设计方法采集样本并标定。构建基于支持向量机的分类模型用于新样本的预测。采取集体学习机制降低预测误差。对于掌子面不稳定的情况，通过微幅调整隧道直径，逼近决策函数的临界值，得到台阶法最大开挖高度。4. 将蒙特卡洛和支持向量机分类器结合，并引入k-临近值法选择训练样本，构建基于未知样本的自适应决策边界，提高失效概率估算精度。5.将二分法和强度折减法结合，在确定的迭代区间内调整掌子面支护压力，直到其对应的强度折减系数逼近为零，从而得到极限支护压力。6. 采用极限分析和荷载乘子，在掌子面塌方方向施加单位荷载，求得其临界状态的荷载乘子，根据单位荷载与荷载乘子的乘机确定极限支护压力。7.将响应面嵌入二分法，在确定的迭代区间内调整支护压力，并计算其对应的可靠度指标，直到其与预设可靠度指标之差小于规定值。8.提出一种定义掌子面安全系数的公式，并通过极限分析和强度折减计算近似确定其中的两个变量，在输入任意支护压力时，即可通过公式计算安全系数，从而求解功能函数并得到可靠度指标。在确定的迭代区间内调整支护压力直到满足收敛条件。提出的方法可为富水砂层等软弱围岩中的隧道掌子面稳定性快速评价和支护压力设计提供借鉴。 2100433B