随着隧道工程的迅速发展,TBM作为一种大型机械掘进设备,其应用越来越广泛。TBM在掘进施工的过程中,主要依靠的是布置在刀盘上的滚刀滚压岩石而使岩石破坏掉落。并且滚刀作为TBM直接破坏岩石的重要部件,其成本约占掘进施工成本的三分之一。因此,针对TBM滚刀破岩进行研究,具有实际工程意义与经济价值。本文在综述介绍国内外有关TBM滚刀破岩研究现状的基础上,采用理论推导的方式提出了一种滚刀破岩效率评价模型,利用仿真模拟手段分析了岩体节理结构面对滚刀破岩效率的影响以及滚刀破岩效率优化提高等问题。理论推导方面,以破岩比能值作为滚刀破岩效率的衡量参数,利用CSM模型计算岩石在滚刀下所受的作用力,结合岩石在滚刀作用下的不同破坏机制,以岩石破坏时裂纹长度与剪切面在岩石自由表面投影长度以及滚刀刀刃宽度之间的关系来识别岩石破坏方式,并引入控制参数计算岩石破碎体积,从而推导出一种破岩比能的计算模型,以便衡量滚刀破岩效率。数值仿真方面,利用颗粒流分析模型,首先针对一项滚刀破岩试验进行模拟,并以物理试验结果作为判别准则,以证明数值仿真方法的有效性,并由此展开,揭示了节理结构面的存在对滚刀破岩的影响,并分析了节理结构面的倾角、连通率以及节理组内各节理间距对滚刀破岩效率的影响。此外,针对TBM刀盘设计制造时的重要参数滚刀刀间距,以及TBM掘进施工时常见的工程现象即滚刀间存在刀高差两种情况,结合数值模拟仿真的方法,研究滚刀的刀间距以及滚刀的刀高差对滚刀破岩比能的影响,以便为TBM的设计与施工提供相应参考。