盾构机在修建地铁、轨道交通等地下工程建设中使用越来越广泛。盘形滚刀是盾构机在掘进过程中破碎岩石的重要刀具,是一种破岩量大、速度快的机械破岩方法,其破岩效率直接影响了盾构机掘进的速度。研究盘形滚刀的结构形式、破岩机理和破岩过程中的受力预测模型对改进滚刀的设计,提高滚刀的使用寿命,优化盘形滚刀在刀盘上的布置,从而实现高效、低能耗的隧道掘进具有重要的意义。本文完成了如下的主要工作:1、分析了盘形滚刀破碎岩石的机理和岩石在盘形滚刀作用下的破碎形式,认为盘形滚刀切割岩石时,刀刃下方的岩石挤压破坏形成密实核,刀刃两侧的岩石剪切破坏形成岩石碎块。2、根据盘形滚刀作用下岩石的破碎形式,提出并建立了一种盘形滚刀切割岩石垂直力、滚动力和侧向力预测模型,并与科罗拉多矿业学院线性切割预测模型、CSM预测模型和线性切割实验进行对比。证明了本文提出的预测模型和线性切割模型、CSM模型相比,与实验数据的误差较小。3、根据材料力学性能参数,在ANSYS/DYNA环境下建立仿真材料模型,并进行了球齿滚刀侵入砂岩、盘形滚刀混凝土试样和切割花岗岩的数值仿真。得到盘形滚刀切割花岗岩的仿真结果与本文提出的预测模型基本一致。4、用材料试验机进行砂岩试样混凝土试样力学性能测试,得到仿真所需的材料力学性能参数。在岩石线性切割实验台上进行球齿滚刀侵入砂岩、盘形滚刀切割混凝土试样实验。分析了实验结果,验证了仿真模型。