随着青岛这一“岩基城市”地铁建设的高速发展,全断面岩石掘进机（简称TBM）被大量应用于城市地铁建设。青岛地铁隧道建设常遇复杂岩层,节理作为常见的岩层地质构造,其特征参数对TBM破岩有着不可忽视的影响。论文主要从TBM滚刀破岩过程中的受力与效能理论研究出发,基于离散元理论与实际工程深入研究了滚刀破岩的机理与受力、效能变化规律,对于TBM的设计与施工具有一定的指导意义。论文主要研究工作如下:（1）阐述了常用的滚刀受力预测公式,对比分析得出Rostami滚刀荷载预测模型结果较为精准;提出并验证了TBM的环比能预测公式,此公式具有较高的实用性,为TBM破岩效能计算及刀具布置设计提供了理论依据。（2）基于PFC2D离散元软件建立了岩石单轴压缩、巴西劈裂、常规三轴压缩模型,分析了平行黏结模型细观参数对岩样力学参数的影响规律,可提高相关材料细观参数标定的效率。（3）基于PFC2D软件构建单、双滚刀破岩数值模型研究滚刀的破岩机理,结果表明:密实核主要受到剪切与张拉复合破坏,裂纹发展以张拉破坏为主,剪切破坏为辅,裂纹不均匀的发展速度导致了跃进破岩的现象。（4）基于单滚刀破岩离散元模型研究节理位置、角度对滚刀破岩的影响,结果表明:节理可耗散部分破岩能量,阻碍应力、变形的传导;单滚刀破岩状态下平节理与掌子面距离增大,节理对能量的耗散作用降低,滚刀法向力增大,破岩效率提升;随节理倾角增大,滚刀法向力逐渐降低,破岩效率先升后降,节理倾角为45时破岩效率最大。（5）基于双滚刀破岩离散元模型研究平节理、斜节理位置对滚刀破岩的影响,结果表明平节理与掌子面较近时破岩模式变为节理-双裂纹破岩模式,破岩效率大大提升;斜节理与掌子面距离增大导致滚刀法向力逐渐增大,破岩模式逐步由节理-双裂纹破岩模式变为节理-单裂纹模式再变为无节理岩体破岩模式,在后两个模式转换的临界位置破岩效率达到最佳状态。（6）提出了破碎带破岩效能提升比公式,基于青岛地铁实际工程探究破碎带走向与隧道轴线夹角对TBM破岩效能的影响规律,结果表明:TBM在穿越破碎带过程中的推力、环比能均有所降低,贯入度、扭矩则存在增大现象;破碎带走向与隧道轴线夹角在52左右时,对TBM破岩效能的提升作用最小。