摘要：进入21世纪以来,硬岩隧道掘进机(TBM)在国民生活建设中运用得越来越广泛,盘形滚刀作为TBM主要开挖工具,其与岩石作用机理的研究是提高滚刀破岩效率和加快TBM国产化进程的关键。论文在查阅大量国内外文献的基础上,依据现有滚刀布置特点,对滚刀不同切削顺序下破岩阻力和岩石破碎特征进行分析,并对滚刀布置进行优化,主要研究内容如下：(1)利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了不同滚刀切削顺序数值仿真模型,研究了不同切削顺序下,地质条件、刀间距、贯入度、安装极径及刀盘转速对滚刀破岩阻力的影响规律,通过正交试验综合分析了各因素对滚刀破岩阻力影响显著性,并通过实验研究验证了数值模拟的正确性。(2)基于PFC仿真软件建立了不同滚刀切削顺序下岩石破碎离散元数值模型,分析不同切削顺序下滚刀侵入岩石裂纹扩展规律与破碎面积特征,总结并得到了三种滚刀破岩模式,分析了刀间距和贯入度对破岩模式的影响。(3)分析滚刀破岩刀盘受力状况,确定了滚刀优化布置目标函数和约束条件,并利用模糊层次分析法计算目标函数权重,在此基础上建立了滚刀多目标优化布置模型,采用遗传算法对模型进行求解得到了滚刀最优布置参数,优化后刀盘性能获得较大改善。