全断面硬岩隧道掘进机(TBM)在长距离、大埋深硬岩掘进环境下会受到地应力的影响,导致岩石破碎机理发生变化,进而造成破岩效率低下及冲击载荷大的工程问题。本文以高效破岩为目的,对地应力环境下盘形滚刀载荷特性及破岩参数匹配进行了研究,主要研究内容如下：(1)分析地应力环境下的岩石特性,根据岩石强度随初始主应力的变化规律,进而对中南大学盘形滚刀三向力学模型进行修正,建立了考虑初始围岩应力的盘形滚刀破岩力学模型。(2)采用LS-DYNA数值模拟软件建立了地应力下的盘形滚刀单刀破岩有限元模型,得到地应力环境下岩石破碎特征和滚刀载荷特性,将数值模拟结果和建立的理论力学模型进行对比分析,得到了滚刀载荷随初始主应力的变化规律。(3)建立地应力环境下的盘形滚刀双刀破岩数值模型,模拟得到盘形滚刀典型刀间距和贯入度在地应力环境下对岩石破碎特性和载荷特性的影响规律,基于滚刀破岩比能耗最小原则提出各个地应力环境下的刀间距及贯入度的最优匹配值。(4)利用100T回转式TBM刀具破岩实验台对盘形滚刀破碎模拟材料进行深入研究,对滚刀作用下的模拟材料破碎特性进行分析,并将滚刀的载荷数据与数值模拟结果进行对比,验证数值模拟方法的有效性。