高放废物处置库和地下实验室开挖对工程质量、施工误差、开挖损伤控制等指标都有较高要求,以TBM法为主的机械开挖方法具有,施工速度快、围岩损伤小、安全性高、环境友好等优点,因此成为高放废物处置库和地下实验室大量高标准井巷工程选用的主要开挖方法。TBM破岩主要依靠刀盘刀具与岩石的相互作用,这也是研究TBM破岩和围岩损伤机理需要解决的基础问题。对TBM刀盘滚刀作用下的围岩破裂和损伤特性进行研究,是研究处置库的损伤分布情况以及后续的核素运移模式的基础,具有重要意义。本文采用北京工业大学自主研制的大型机械破岩试验平台,研究了北山花岗岩在垂直和倾斜滚刀不同切深、不同切割次数及垂直滚刀不同节理间距线性侵入试验中的岩石破裂情况。试验采用直径17英寸(432mm)的常截面盘形滚刀,对尺寸1000×1000×600mm的花岗岩试样进行了侵入试验。研究发现在滚刀切槽周边,随距离远近,岩石破裂程度不一。基于试验观察和裂纹数字化处理结果,将岩样分划为岩粉区、破裂区和原岩区三个区域,并对各区的尺寸和面积加以统计。与垂直滚刀试验结果相比,倾斜滚刀作用下裂纹的展布向力的施加方向发生偏斜,裂纹密度也在力的施加方向一侧更高。同时当切深相同时,垂直滚刀作用的竖向力远大于倾斜滚刀作用工况(约为其2.5倍),而各区深度的差异较小(在25%以内),切槽和碎裂区(该区位置距荷载作用点较近)的宽度较大,与垂直滚刀作用工况的对应宽度相近,而裂纹密集区和非密集区的宽度则明显较小。对破裂岩样进行波速指标测试,发现各区内的指标存在明显差异,不同工况作用下,岩样相应区域的面积有所变化,但区内指标的变化并不显著。节理间距按100、400、600mm的顺序不断增大,产生贯穿试样的宏观竖向裂纹所需要的切深/荷载随之增大,直至切深最大时仍无法贯穿试样,说明节理面的存在对成层切割情况下宏观竖向裂纹的萌生、扩展有一定引导作用,较小的节理间距可以使滚刀作用下的裂纹更容易贯通到节理面,此时试样沿节理面形成大块渣片,节理间距越小,该趋势就越明显。同时,节理间距为100mm,400mm,试样下方均垫有厚度100mm的试样,该种试样较为容易发生贯切,但在上方覆盖有岩样的情况下,试验结束后节理面下方岩石都比较完整,表明节理的存在一定程度上阻碍竖向裂纹向节理面下方的传播,保护了下部岩石。