城市的各种地下工程比如城市地铁、市政管道和水工隧道等还有全国范围内的铁路隧道、公路隧道等，这些工程的施工需要大量的隧道掘进机（TBM）。盘形滚刀是TBM切削岩石的刀具，属于易损耗件，在工程中消耗量很大，它的性能直接影响到工程的工期和工程造价。而国内对TBM滚刀切削岩石的载荷状况以及刀圈的材料与机械性能方面的研究相对较少。因此，深入研究TBM盘形滚刀破岩机理及刀圈材料性能对研制大直径、长寿命、高性能的滚刀，减少对TBM刀具的依赖及降低工程成本均有重要的现实意义。本文首先分析了TBM盘形滚刀的结构、材料及其适用范围。然后采用ANSYS/LS-DYNA对TBM滚刀滚削岩石的过程进行动态模拟和动力学分析，得到了岩石单轴抗压强度为45MPa时滚刀承受的切削载荷，通过与理论计算结果及实验数据的对比，验证了该仿真结果的可靠性。仿真研究了切削深度、滚刀转动速度等切削参数对滚刀切削载荷的影响规律，得到在岩石单轴抗压强度为45MPa时的最佳切削速度及贯入度，为工程人员在较软围岩介质的工况下设计工作参数提供了合理依据。另外，本文试验研究了现有国产刀圈的材料、金相组织及刀圈硬度的分布规律。结果表明，刀圈的平均硬度为49HRC，而国外高性能刀圈的硬度为54-56HRC，最高能达到63HRC，通过对刀圈组织的金相分析指出了刀圈性能的不足之处并提出改进建议。