掘进机是一种集光、机、电、液、传感、信息技术于一体的专用隧道掘进机械。刀盘和刀具是全断面掘进机最关键的工作部件。在全断面掘进机掘进过程中,刀盘刀具直接与岩土接触并构成一个完整的切削系统,主要起到开挖岩土的作用。全断面掘进机在复杂的地质条件下施工时,工况极其复杂,刀盘刀具磨损严重,开舱换刀频繁,加大了施工风险和工程费用。因此,对盾构机刀具的切削机理及其磨损情况进行研究,并根据工程实际提出适当的刀具磨损模型,对预测复杂地质条件下刀具的寿命是十分必要的。本文首先利用ABAQUS软件分别对切刀切削粘土进行了有限元仿真,得出了切深和安装前角对切削力的影响。文章在岩石滚刀综合测试机的基础上,对盘形滚刀破岩进行了仿真研究。分别对一定刀间距时和单刀破岩时的仿真结果进行分析,得出了切深与滚刀受力之间的关系、滚刀刃形对受力的影响以及磨损对受力的影响。从岩石破碎面的等效应力以及剪切应力的分布特点出发,对岩石的破碎机理进行了分析。对于滚刀的表面力学性能,主要分析了滚刀破岩过程中,破岩点的应力变化以及接触区域接触压强与切削参数的关系,为研究滚刀磨损奠定了一定的基础。岩石滚刀综合测试机能相对可靠模拟出滚刀在破岩时的状态,并且能够测出滚刀在破岩时的主要参数,然而岩石滚刀综合试验机虽然能模拟岩石破岩石的状态,但其存在很多经济上的不足,岩石滚刀测试机制造成本非常高,并且每次实验周期长,岩石样本的采集,制造,运输成本相对高,所以在做实验之前,通过有限元分析软件对其进行模拟仿真,对所要实验的结果能进行初步判定,就能很好的提高实验的效率并同时节省成本。此次研究给出了在ABAQUS中岩石模型参数的获取方法,为其他岩石参数的获取提供了方法,以及对滚刀外圈,速度的相对变化,模型岩石的几何体积做出了简化,提高了计算机的运算效率,而且得到一个相对可靠岩石滚刀综合实验机破岩的有限元模型,并通过此模型设置了花岗岩的本构模型,并对影响破岩效率的重要参数比能SE在特定切深下与刀间距的关系进行了粗浅的研究。研究滚刀与岩石的相互作用对于分析盘形滚刀的破岩机理,指导刀盘刀具的设计,提高破岩效率与掘进性能以及降低能耗都有着重要理论意义和实用价值。文章采用刀具布置的等寿命原则对某土压平衡盾构刀盘不同安装半径处切刀的安装数量进行了优化。并讨论刀盘辐条数量和刀具宽度对刀盘上切刀布置数量和磨损的影响。基于滚刀破岩比能理论对滚刀刀间距进行了优化,并研究了刀盘上滚刀的布置规律,在此基础上,对某泥水平衡刀盘上滚刀的布置进行了改进,为刀盘的设计和施工参数的选择提供适当的参考。