由于全断面岩石隧道掘进机(TBM)在隧道掘进施工中的广泛使用，尤其是在我国有着南水北调这类超大工程背景条件下，滚刀破岩机理的研究对于确定合理的掘进施工参数以提高滚刀的破岩效能有着很高的工程应用价值。本文对破岩过程进行简化，采用楔形刀具对脆性材料进行了侵入破坏研究，研究刀具下脆性材料的破岩机理。主要研究工作与成果表现在以下几个方面：　　 (1)基于RMT-150C岩石力学实验系统设计了楔形刀具侵入装置，并使用高强石膏在特制模具内浇注不同强度以及含不同倾角和间距节理的板状试件；通过侵入破碎试验，并采用数字散斑相关方法对试件表面的位移场和应变场进行了测试，同时采用声发射技术对含水平节理的试件进行AE事件的平面定位。　　 (2)分析了材料的抗压强度、围压、刀具侵入速率以及侧向自由面参数对侵入荷载的影响、对其荷载-侵深曲线特征进行分析研究。基于空腔膨胀理论研究了刀具作用下材料的分区应力响应，建立了塑性区半径与侵入荷载之间的内在关系，并对不同影响因素下核心压力的变化规律进行分析。　　 (3)研究了节理参数(倾角和间距)对侵入荷载的影响，对其荷载-侵深曲线特征进行分析。研究了试件的破坏模式以及裂纹的空间分布规律与节理参数之间的关系。采用集中荷载下横观各向同性材料的主应力分布特征对试件表面宏观裂纹的空间分布规律进行了解释。　　 (4)通过赫兹接触理论研究刀具与岩石接触过程中岩体中的应力分布特征，研究了压头下密实核的形成机理。采用最大周向拉应力准则研究了刀具作用下岩体中微裂纹的起裂角度及扩展条件与应力场之间的关系。　　 (5)通过白光数字散斑相关方法(DSCM)获得试件表面在主裂纹扩展之前的位移场和应力场的分布。研究了节理对变形场的阻隔作用，并且对位移场空间分布特征与损伤区域之间的关系、位移场特征值(方差)与裂纹扩展之间的关系进行了分析。采用声发射试验对水平节理试件的微破裂在空间位置的演化规律进行了研究，进而分析了微震裂源的形成机制和微破裂分区聚集成核的特点，并与数字散斑相关方法获得的位移场进行了对比分析。通过定义基于应变的损伤变量，利用实测应变场对试件表面的损伤演化进行了表述。