灰岩地层因其周围土层与灰岩或溶洞内填充物与灰岩的强度相差悬殊,为盾构掘进施工带来了大量的施工难题,而盘形滚刀在灰岩复合地层破岩的受力问题,是产生灰岩复合地层盾构掘进施工问题的关键原因。论文对全断面灰岩模型、不同层理角度的软硬复合地层模型的滚刀破岩问题通过试验的方式开展了研究,研究结果可为灰岩地层中盾构掘进施工提供参考,亦可为盘形滚刀的相关研究提供试验参考。完成的主要研究内容如下:（1）收集分析广州地区的灰岩地层盾构施工资料,总结灰岩地层的工程性质和常见的施工问题;根据灰岩试样的岩石力学性质测定结果,结合软硬不均地层的界定标准,利用岩石相似模拟理论与技术,提出一种以混凝土胶砂作为软岩、灰岩作为硬岩的不同层理角度的软硬复合地层模型的制作方法,并依据实际工程施工资料和参考实验经验,设计了线性切割试验的参数。（2）滚刀在软硬复合地层界面处切割过程中,法向力与滚动力之间具有一定的关系:当滚刀从软岩阶段向硬岩阶段过渡,法向破岩力和滚动破岩力都会有大幅度的增长,但是,当滚刀离开软硬岩界面处,在硬岩阶段稳定切割的时候,法向破岩力仍保持较高值,而滚动力会下降至某一稳定值。若是滚刀法向破岩力波动较频繁,则滚动力亦会与其保持基本一致的波动。（3）滚刀在软硬岩界面进行切割的过程中,在界面前后的10cm范围内会有一个影响带,法向破岩力和滚动破岩力的波动主要发生在这一区域,法向破岩力在这一区域内会先下降然后再急剧上升。除掉两端的尺寸效应之外,软硬岩界面前后10cm范围内的岩石被破碎得最严重,在这范围内切槽内部及两侧的破碎块亦最多。（4）破岩力的突变会随着侵深的增加而相应增加,在达到岩石完全破坏的侵深时,破岩力在软、硬岩阶段上的差值达到最大,滚刀受到的冲击荷载也最大。本次试验中,在软硬复合地层模型完全破坏时,破岩力峰值均达到了180k N以上,硬岩阶段上的法向破岩力峰值均超过了软岩阶段上的法向破岩力峰值的2.2倍,且其差值约为软、硬岩强度差值的2倍。