粘性土壤广泛分布于我国的南方地区,其耕作不仅是农业生产的一个重要内容,也是能源消耗较大的环节之一。因此提高粘性土壤的耕作效益仍然是需要关注的问题。本文以粘性土壤的耕作破碎失效行为作为出发点,通过室内微型土槽切削实验、户外农田旋耕测试实验以及土壤耕作破碎仿真研究三个方面来研究耕后土壤的破碎表征和耕作机械的能耗问题。　　 本文首先改进现有的微型土槽切削实验台,分析现有微型土槽切削实验台的不足之处,拟定合理的解决方案。重新设计制作微型土槽切削装置,包括机械结构装置、液压系统以及测试系统等。利用该系统测试重塑粘性土壤在二面楔切削作用下的破碎行为,获取不同含水率和不同密度状态土壤在切削作用下的破碎失效规律,以及在同一切削参数下的切削阻力与切削位移之间的关系,进而得到了不同状态粘性土壤的切削能量消耗和破碎表征。　　 在对粘性土壤的耕作破碎失效行为进行仿真时,综合使用了离散单元法、Image-Pro Plus以及Matlab等软件。在掌握了离散单元法相关理论及方法的基础上,利用PFC2D建立土壤切削过程的离散元动力学模型,并对土壤切削过程进行模拟,通过FISH子程序研究土壤切削过程中土壤裂纹的产生,然后利用Image Pro—Plus对产生的微裂纹进行扩展,并实现微裂纹的生长与交合以完成二维土壤破碎体的形成,最后在Matlab中进行破碎体的大小统计分析。通过微型土槽切削实验与仿真模拟的对比分析发现,仿真方法获得的破碎态土壤状况与实际切削结果具有很好的一致性。从而为土壤破碎体的研究提供一种模拟仿真的方法。　　 设计并构建了旋耕测试实验系统,该系统包括旋耕机牵引机构、滑动旋转台车以及计算机测试系统。将系统用于户外真实农田土壤环境进行测试。通过调节土壤的物理状态即实验台的旋耕参数,获得不同土壤条件的旋耕破碎失效规律以及不同参数状态下旋耕机的扭矩特征,验证了本实验设计制作的可行性和工作的可靠性。为进一步研究土壤破碎机理以及合理的耕作技术提供了新的方法。