砂性地层具有石英含量高、粘聚力低、流塑性差、结构松散的特点，具有很强的磨蚀性，导致盾构刀具在掘进过程中常发生磨损破坏。刀具磨损是一个复杂的多学科交叉课题，研究砂性地层盾构刀具磨损机理，对于指导科学施工、延长盾构刀具健康服役时间，实现盾构的长距离掘进具有重要意义。本文结合理论分析、室内试验等开展研究，主要研究内容与取得的成果如下：
　　(1)基于砂性地层的高磨蚀性特点，比选刀盘刀具的适应性配置，分析切刀在砂性地层中的切削机理和磨损类型。分析表明在砂性地层中，辐条式刀盘和切削型刀具是盾构使用的主要刀盘刀具组合形式，切刀剥落型切削，主要发生磨粒磨损和粘着磨损；
　　(2)建立基于砂土条件下切刀的等间距螺旋线运动模型和二维切削受力模型。知道主要磨损类型后，整合总的微观去除表达式，在此基础上建立切刀磨损预测模型，分析了模型中与地质条件(刀具与土体摩擦系数、剪切破裂面摩擦系数和隧道埋深)，刀具设计(材质硬度、安装半径、刃角、前角和后角)，盾构掘进(刀盘转速、盾构推进速度和切刀切深)相关的11个参数对切刀磨损的影响，并提出减磨措施；
　　(3)自主研制可用于测量原状砂土磨蚀性的磨损试验装置。利用试验装置重点研究地层特性对刀具材料的磨损影响，选取土体湿度环境、土压强度、石英含量3个因素进行研究。结果表明砂土磨蚀性随含水率增加呈现先增后减再平稳的规律，砂的磨蚀性随所受土压力增大而增大，且试盘扭矩大小与刀具磨损量呈线性关系。磨蚀性同样随石英含量增大而增大；
　　(4)自主研制室内模拟掘进机，考虑重力作用下土体大位移运动的影响。通过测量刀具磨损量和观察刀具表面磨损形态，获得了切刀布设方向、布设半径和泡沫改良对刀具磨损的影响规律。迎土切刀刀刃处易磨损，背土切刀前刃面易磨损，背土切刀总磨损量大于同半径迎土切刀；切刀磨损由刀刃处向前刃面逐渐扩展，直至刀刃和前刃面磨损程度接近，刀刃棱角被磨圆；切刀磨损量随安装半径增大呈单调递增的线性函数关系；泡沫改良具有减压、降低渣土密实度、增加渣土流动性和冷却作用，最终减轻刀具磨损。