盾构在地下推进过程中会遇到各种不同地层,如淤泥、粘土、砂层、软岩及硬岩等,主要通过切刀、滚刀等切削类刀具破碎剥离岩土,刀具直接承受切削产生的突变载荷与冲击,其破岩状况直接关系到盾构机的掘进效率和可靠性,研究掘进过程中刀具与岩土作用的动态机制以及应力场的变化规律,对于建立完善的刀具受力预测模型、指导刀具设计和提高掘进机效率意义重大。基于上述背景,本文在查阅大量国内外文献的基础上,从岩土细观角度出发,通过离散元颗粒流模拟与实验研究相结合的方法,对刀具作用下岩土的破碎特性进行了深入的研究,为解决刀具破岩机制问题开拓出了一条新的思路,本文的研究成果和主要内容如下：1、根据岩土颗粒物质力学基本理论,采用颗粒离散元生成了岩土模拟试样,并对试样进行了双轴压缩和巴西劈裂数值模拟试验,对颗粒细观参数与材料宏观参数进行了匹配。2、在对实际工况提出合理简化的基础上,采用颗粒离散元法建立了刀具与岩体作用的数值模型,对刀具的结构参数、工作参数和切削方式等对切削的影响进行了统计分析,对切刀顺次切削和双滚刀最优刀间距下的破碎问题进行了探讨,从细观角度揭示了刀具作用下岩土破碎机制。3、通过回转式盾构刀具切削实验台对切刀和盘形滚刀截割软岩分别进行研究,分析了刀具作用下岩土的宏观破坏现象,捕捉了岩石碎块崩裂和形成过程,对相关实验数据进行了分析,结合仿真过程中刀具破岩的模拟,对刀具作用于岩石的破碎特性做出了合理的解释。