随着我国地下工程建设的持续发展和扩大,TBM因其高效的施工效率而得到广泛的应用。盘形滚刀位于TBM最前端,在TBM掘进时与岩石直接接触,工作环境极其恶劣,磨损速率极高。为提高滚刀使用寿命,需深入研究滚刀磨损的机理和规律。滚刀磨损受地质环境、施工参数、滚刀的形状和材质等多因素影响,涉及参数众多,仅依靠TBM施工现场数据难以建立较为全面的理论体系,因此利用试验台进行室内试验还原TBM滚刀破岩过程、研究刀具磨损机理成为了目前主流且有效的手段。本文在大量文献调研的基础上,为解决现有试验台运动形式单一的问题,设计了一种双模式缩比试验台,能在同一试验台上实现刀具的直线和旋转两种运动。该试验台亦具备多把缩比刀具同时安装、刀间距的无极调节等功能。论文的主要工作如下:1.调研了国内外典型的TBM破岩试验台,将其布置形式、结构特点、性能参数以及探究领域进行了分析;总结了直线切割模式与旋转切割模式各自的优缺点及其适用场景。2.分析了经典的滚刀破岩受力模型,并结合相似原理,以此为理论依据,进行了缩比后试验参数的计算,计算试验台的主要技术参数。3.根据试验需求,总结了试验台的功能需求,并以此提出试验台的总体设计方案,将试验台分为机架及加载模块、直线运动模块、旋转运动模块三大部分,分别进行了选型计算、结构方案设计,并对其中关键零部件进行校核;设计了与试验台配套使用的缩比滚刀及刀座。4.以试验台的设计载荷为边界条件,对试验台主体结构与加载系统进行多种工况下的静力学分析,验证了结构的强度;对试验台机架进行模态分析与谐响应分析,验证了结构的抗振性能;对试验台机架与加载系统进行了瞬态动力学分析,模拟了试验台应力与形变随着载荷变化的响应情况。5.完成试验台与缩比滚刀的加工、组装;对试验台各模块功能、动作与控制系统进行调试,运行状况良好,控制逻辑准确;以砂岩为例,进行了静力学试验、直线切割模式与旋转切割模式下的滚压试验,并对试验过程中缩比滚刀所受三向力、岩石破碎情况进行了记录和分析,从而验证了试验台的功能。