全断面岩石隧道掘进机（以下简称TBM）因具有掘进速度快、综合效益高等优点,而被广泛应用于隧道建设工程中。TBM掘进时,装配于刀盘上的盘形滚刀（以下简称滚刀）接触并破碎岩石,期间时常会遇到“三高”（高围压、高岩石强度和高石英含量）等极端地质条件,并承受巨大的跃进式切削载荷。这使得滚刀磨损失效严重、破岩效率低下,进而降低了TBM的掘进效率,增加了施工成本。因此,延长滚刀磨损寿命,已成为TBM领域亟待解决的难题。目前,针对现有滚刀摩擦磨损试验装置及其试验方法与工程实际存在较大差异的问题,本文开展了基于相似性原理的滚刀-岩石对磨试验方案设计与试验验证,研究了不同岩性、刀刃宽度、贯入速度、切削速度和介质环境等因素对刀圈试样摩擦磨损机制的影响规律。本论文的主要研究工作如下:（1）基于相似性理论,选定影响刀岩相互作用的主要参数和量纲;采用量纲分析法,推导了刀岩对磨试验台相似性设计准则;基于刀岩接触应力相似,借助瞬态动力学数值仿真技术,进行了滚刀刀圈不同缩小尺寸比例滚压破岩的数值模拟探究,确定了滚刀刀圈最佳缩尺比例为1:8;并对切深为0.6mm条件下刀圈试样滚压破岩的数值模拟结果进行深入分析,确定了刀圈试样破岩过程中岩石破碎形貌、接触应力以及破岩载荷的变化规律,为后续开展刀岩对磨试验台试验选择合适的滚刀参数和切削参数提供了参考。基于刀岩相对运动方式相似,确定采用牛头刨床作为试验台的主体,并从刀圈材料物理性能、刀圈试样切削深度及切削速度等方面提出了相似性方案。（2）根据已确定的滚刀刀圈缩小尺寸比例,制备了与滚刀材料物理力学性能相似的刀圈试样,进一步开展了刀圈试样切削方式与刀岩相对运动方式的验证性试验,试验结果表明:在周期性回转滚压切削方式下,刀圈试样滚压破岩的垂直力较为稳定;在同一切槽多次滚压切削方式下,垂直力整体呈先直线下降后稳定的趋势。通过对两种切削方式进行分析,同一切槽多次滚压切削方式与实际TBM滚刀切削方式较为相似。建立了17吋滚刀刀圈和刀圈试样滑移率与切深的关系以及刀圈试样磨损量理论预测模型,并将滑移率理论值与实测值进行对比分析。结果表明:刀圈试样滑移率在0.008～0.29范围之内;验证了刀岩对磨试验中刀圈试样存在滑动,且滑移率的变化规律与理论模型相符。（3）开展了刀岩对磨单因素试验,研究了不同岩性、刀刃宽度、贯入速度以及切削速度对刀圈试样磨损量及宏微观磨损形貌的影响规律;并提出了一种与刀岩对磨试验台相匹配的刀圈试样微量磨损分析方法,通过实验验证了原子吸收光谱仪测试滚刀微量磨损具有实用性。试验结果表明:刀圈试样的磨损量随岩石试样强度增加无明显变化规律,而随着滚压距离、切削速度及刀刃宽的增加呈线性增加趋势,随着贯入速度的增加呈指数增加趋势。刀圈试样与砂岩、锈石和花岗岩对磨过程中的磨损去除机制均以微观切削为主。岩粉样品的测定结果与刀圈试样化学成分基本一致,金属元素含量随着滚压距离的增加而增大。（4）为了研究刀圈试样在地质环境条件下的摩擦磨损机制,探讨了不同p H值及不同浓度下Na Cl溶液对刀圈材料耐蚀性的影响;在刀岩对磨试验台上,开展了干湿切削条件下的刀岩对磨试验,其中,湿润环境条件采用蒸馏水及不同p H值的Na Cl溶液。试验结果表明:上述磨损条件对刀圈试样的磨损行为影响显著,在干燥条件较湿润环境条件明显增加了刀圈试样的磨损,但Na Cl溶液对刀圈试样磨损影响不大;在酸性和碱性的Na Cl溶液条件,刀圈试样表面出现了微观切削和腐蚀现象,从而加剧了刀圈试样的质量损失。