近年来,TBM掘进技术得到快速发展,被广泛的应用于水利水电、交通、市政和国防等工程项目中。刀具破岩特性是TBM掘进技术的关键性问题,决定了滚刀设计及刀具布置方法,直接影响TBM掘进效率。论文在查阅大量文献的基础上,对边缘滚刀的运动特性和破岩特性及其布置进行了相关研究,主要研究工作如下：(1)分析了滚刀破岩过程和受力状态,建立边缘滚刀运动学方程,得到了不同倾角边缘滚刀的运动规律,为进一步深入研究边缘滚刀的破岩特性和边缘滚刀优化布置提供依据。(2)建立了边缘滚刀破岩二维数值模型,对边缘滚刀作用下岩石破碎过程进行模拟,分析了边缘滚刀作用下岩石裂纹演化过程,研究了岩石类型、刀刃角、刀刃宽、边缘滚刀安装倾角和刀盘过渡圆弧半径单独作用下对边缘滚刀破岩特性的影响规律,并采用正交试验综合分析了各因素对边缘滚刀破岩特性影响程度。(3)针对不同倾角下过渡滚刀破岩过程进行了动态模拟,研究过渡边缘滚刀载荷特性和岩石破碎特征,基于破岩比能耗最小原则确定过渡边缘滚刀最优倾角,并通过实验验证了该数值方法的可行性。(4)建立TBM边缘滚刀优化布置模型,基于遗传算法得到了边缘滚刀最优布置参数,对优化前后的刀盘进行静力学性能分析,优化后的刀盘的强度和刚度得到改善,表明边缘滚刀布置对刀盘性能有着重要作用。